潘建偉：未來十年有望看到數百萬量子位相干操縱 推動通用量子計算

量子技術近期新進展不斷。量子糾纏、狀態疊加等新技術將在精確測量、通信、計算、材料化學、生命科學等各個領域具有應用前景。

中國科學院院士、中國科學技術大學常務副校長潘建偉在11月7日舉行的第六屆世界頂尖科學家論壇上的量子分論壇上，對未來量子技術的發展作出展望。

潘建偉表示：“我認爲，在未來5年，也就是短中期，我們可以看到幾百到幾千量子位相干的操縱，這將有助於我們去研究高溫超導機制，其中可能會涉及量子霍爾效應。在長期來看，未來10-15年，我們可以看到數百萬量子位相干的操縱，藉助量子糾纏，這將爲通用的量子計算奠定基礎。”

就在上個月，潘建偉團隊成功構建了“九章三號”量子計算機原型，首次實現了對255個光子的操縱能力，極大提升了計算的複雜度。

雖然人們操縱量子比特的數量和精準度在不斷提升，但要研製成功量子計算機還有很長的路要走。中國科學技術大學陸朝陽教授此前對第一財經記者表示，“九章三號”的成功構建，發展出可擴展的量子調控技術，爲具備容錯能力的通用量子計算機的研製提供技術基礎。

在回答究竟需要多少量子比特才能夠實現量子計算機的糾錯時，潘建偉表示，這取決於應用，取決於計算機運行的精準度。他談到邏輯量子比特 （Logical Qubits）的概念，邏輯量子比特可以被看作是在量子計算中進行信息處理和運算的“虛擬”單位。它不直接對應於實際的物理部件，而是通過物理量子比特的組合和控制來實現。通過編碼和操作，邏輯量子比特能夠存儲和處理更復雜的量子信息，從而進行更強大的量子計算，解決更具挑戰性的問題。

“解決一個邏輯量子比特可能需要2000個量子比特，這個數量是比較大的。最近我讀到一個文獻，使用離子阱或者用光鑷，我們可能只需要幾百個量子比特就可以處理邏輯量子比特，但這個技術的挑戰很大。”潘建偉表示。

潘建偉還表示，很多人正在努力研究“拓撲量子比特”。這是一種基於拓撲量子計算的量子比特，工作原理是通過對拓撲纏結態進行操作。由於拓撲量子比特具有較強的容錯能力，因此它被認爲是實現容錯量子計算的理想選擇。

“如果能夠實現，而且有非常紮實的技術基礎，拓撲量子比特將會讓量子計算變得更加容易。”潘建偉表示，“但是現在還沒有看到這種技術的進步，所以還是有一定的挑戰。”

在談到拓撲應用時，潘建偉認爲，新的2D材料在拓撲結構上的應用將會有很大的潛力，因爲典型的傳統材料在拓撲領域有一定的侷限，有時會帶來一些錯誤的結果。此外，納米設備也能加速量子科學的研究。

2020年沃爾夫物理學獎得主、德克薩斯大學奧斯汀分校物理學講席教授艾倫·麥克唐納在同一個論壇上分享了他在摩爾材料方面的研究進展。摩爾材料也是一種二維的材料，通過堆疊技術，可以在半導體領域發揮作用。

法國國家科學研究中心（CNRS）卡斯特勒·布羅賽爾實驗室（LKB）高級科學家、研究主任米歇爾·布魯納表示：“量子材料的複雜性是比較高的，因爲會受到不同條件的影響，到底是用人工材料，還是用真實材料，我們需要去考慮相關的參數，比如說在自旋系統中它會不會移動。”