专访中国科学院院士丁洪：量子计算的商业化可能需要10~20年，未来有望在准确预测药物效果等新药研发领域取得突破

每经记者：张蕊 每经编辑：陈旭

丁洪，中国科学院院士，上海交通大学李政道研究所副所长、讲席教授，知名凝聚态物理学家。

他是美国物理学界第一位全职回国的正教授，回国的十几年间，丁洪和他的团队在量子材料和量子计算领域产出了多项具有国际重大影响力的原创性成果。

2015年，丁洪研究组在国际上首次在固体材料中发现外尔费米子，入选“物理评论”系列期刊125周年纪念论文集（共49项，其中34项获诺贝尔奖）、中国科学院改革开放四十年40项标志性重大科技成果—“拓扑物态领域系列研究”、2015、2017和2018年中国科学十大进展/中国十大科技进展新闻等。

2024年11月，发展中国家科学院（TWAS）奖揭晓，丁洪被授予当年物理、天文和空间科学奖（共享），以表彰他对发现外尔费米子和固体中其他新型拓扑相关准粒子的开创性贡献。

3月27日至31日，2025中关村论坛年会在京召开。年会期间，丁洪院士参加了量子科技创新发展论坛。论坛间隙，丁洪接受了《每日经济新闻》（以下简称NBD）记者的采访。

今年的政府工作报告提出，培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未来产业。在采访中，对于量子计算的商业化进程、哪些行业将率先受益、量子计算机未来是否会取代家用电脑、量子计算和人工智能的结合会怎样改变我们的生活等话题，丁洪院士进行了深入解读。

量子计算的商业化可能需要10年到20年时间

NBD：您能不能通俗解释一下什么是量子计算？

丁洪院士 每经记者 张蕊 摄

丁洪：量子计算与经典计算的主要区别在于其计算方式。经典计算采用二进制，比特的状态只能是0或1，输入和输出都是固定的。

而量子计算则基于量子比特，其状态是0和1的叠加，具有不确定性，输入输出都不固定。一个量子比特可以同时代表两种信息，两个量子比特可以代表四种信息，以此类推。

例如，50个量子比特就代表2的50次方种可能性，它在理想状态下运算1次就相当于经典计算运算100万亿次。这种并行计算的能力使得量子计算在处理大规模数据时具有巨大的优势，其计算效率远超经典计算。

NBD：谷歌量子部门负责人表示，谷歌计划在5年内发布商业量子计算应用。对此您怎么看？您觉得量子计算5年内会实现商业化吗？

丁洪：我其实是比较乐观的，但是量子计算的商业化进程不会一蹴而就，而是一个逐步推进的过程。从一些非常小的领域开始，逐渐拓展其应用范围。乐观地看，量子计算的商业化可能需要10~20年的时间。

量子计算机的发展与经典计算机的发展历程类似，从1946年第一台电子计算机的诞生到20世纪80年代和90年代计算机的广泛应用，中间也经历了40多年的发展。而量子计算机的发展难度更大，尽管科技进步的速度在加快，但量子计算的难度依然非常大。有人甚至开玩笑说，是量子计算机先造成，还是太阳燃烧殆尽？因此也有人对量子计算的未来持悲观态度，认为其可能无法实现，这也是有可能的。

量子计算机应该不会取代家用电脑

NBD：一旦量子计算实现商业化，您觉得哪些行业会率先受益呢？

丁洪：量子科技的应用前景广阔，其中一些行业有望率先受益。

首先，最先受益的应该是量子精密测量领域。例如，量子技术在时钟精度的提升上具有重要作用，这将极大地提高定位的准确性。此外，量子技术还可用于预防性心脏病的检测等领域。

其次是量子加密，即量子通信，已经展现出巨大的潜力。我国潘建伟院士在这一领域就做到了世界领先地位。现在，量子加密手机等产品已经问世，量子加密耳机等设备也已投入应用，两个人戴着耳机就可以实现加密沟通。这些都涉及量子加密。

随着量子计算技术的进一步发展，如果量子纠错做得好的话，首先也可能用到密码破译方面，用来解密密码。另外，在一些复杂化学反应模拟、药物筛选与发现等方面也将发挥重要作用，加速其发展。

未来，量子计算与人工智能的结合将带来颠覆性的变革，推动多个行业的快速发展。我曾经说，有几个可以改变未来的终极产业，除了量子计算，另外一个就是核聚变。

NBD：您觉得量子计算机未来会取代家用电脑吗？

丁洪：我认为量子计算机并不会取代家用电脑，而是与经典计算机并行存在。

量子计算与经典计算的模式和应用场景存在显著差异。经典计算是线性的，逐步进行计算，每一步都做得很快；而量子计算则是利用量子叠加态，并不需要每一步都做得很快，它是所有的步骤一起来做，它天然对并行计算有利，能够同时处理多个计算任务。

NBD：那我们普通人有可能会用上量子计算机吗？

丁洪：这是有可能的，因为有很多问题使用量子计算是很合适的。比如，微观世界就是个量子的微观世界，量子计算在处理微观世界的问题时具有天然的优势，例如模拟化学反应等。经典计算机在处理这些问题时可能会遇到巨大困难，甚至无法完成。二者是不同的，经典世界和量子世界存在很大区别。

有人说，半导体是传奇的过去，人工智能是生机蓬勃的现在，量子计算是不可避免的未来。所以它是一个未来，我相信它总会到来的，也希望它尽快到来。

近期中国科学技术大学有关团队成功构建105比特超导量子计算原型机“祖冲之三号”，再次打破超导体系量子计算优越性世界纪录 图片来源：新华社

量子计算会对人工智能的发展产生显著提升

NBD：您刚刚也提到人工智能，您觉得量子计算和人工智能的结合会怎样改变我们的生活？

丁洪：量子计算与人工智能的结合将在多个方面推动社会的进步。

量子计算肯定会对人工智能的发展产生显著的提升作用。因为人工智能面对的是巨量的数据，它需要很快的算力、很优越的算法，所以量子计算在某些方面肯定会显著提升人工智能的算力，加速其演算过程。

同时，人工智能也可以为量子计算提供支持，例如帮助寻找适合量子计算机的材料和途径。如果将人脑、人工智能脑和量子脑这不同的三者相结合，可能会对人类文明的发展产生巨大的推动作用。

NBD：量子计算的算力真的会出现上亿倍的增长吗？

丁洪：量子计算的算力确实具有指数级增长的潜力。量子计算利用量子叠加态，能够实现并行计算。

例如，50个量子比特可以实现2的50次计算。每增加一个量子比特，算力就会翻倍。这种指数级增长的速度非常惊人，所以一旦量子计算机的算力超过经典计算机，其在速度方面的优势将无法比拟。

然而，量子计算也面临着巨大的挑战，其中最大的问题是量子比特的稳定性。量子比特非常脆弱，容易受到外界干扰，导致计算错误。

目前，我们尚未找到完全避免量子比特出错的方法，但相关研究正在不断推进。当然，我现在从事的拓扑量子计算如果能实现，那就能从原理上避免出错，大幅降低出错率。如果能够实现量子计算的稳定运行，这对人类社会的贡献将是巨大的。

量子计算有望在准确预测药物效果方面取得突破

NBD：如果量子计算的算力真能实现上亿倍增长，您最希望它能解决我们人类面对的什么难题？

丁洪：量子计算在解决复杂计算问题方面具有巨大的潜力。例如，在新药研发领域，目前的计算方法难以准确预测药物的效果，但量子计算有望在这方面取得突破。

另外，在天气预报方面，量子计算与人工智能的结合将极大地提高天气预报的准确性，能更好地模拟和预测自然现象，从而为人类社会提供更准确的预警和决策支持。

量子计算算力的大幅提升，对于人工智能的推动作用是巨大的，借助这种强大的算力，AI的智慧有可能超过人类，由此可以帮人做很多事情，并推动科学研究的深入发展。

比如它可以帮人做科研、科学发现，甚至做物理学家、数学家和化学家等等，可以进行更复杂的计算和研究，一旦会做，会比人做得更好。一旦量子计算与人工智能的结合取得成功，整个地球文明将迈向一个全新的高度。这里我说的是地球文明，不是说人类文明，因为超级AI来临后，非人类的文明也可以出现。

NBD：现在量子计算有不同的技术路径，包括超导量子电路以及您刚才提到的拓扑量子计算等等，不同的技术路径是并行的吗？

丁洪：对，目前量子计算存在多种技术路径。从简单的分类来看，一种是拓扑保护的量子计算，另一种是非拓扑保护的量子计算，后者需要通过纠错来保证计算的准确性。非拓扑保护的量子计算技术路径众多，比如超导量子计算、中性原子量子计算、离子阱量子计算、光量子计算等等。这些技术路径都面临着量子比特出错的问题，其中超导和中性原子计算的进展比较快。

相比之下，拓扑保护的量子计算被认为是一种理论上不易出错的技术路径，但目前尚未实现完全的拓扑量子计算。

拓扑量子计算最近出现新的进展。美国微软公司2月19日宣布推出全球首款基于拓扑量子比特的量子处理器“马约拉纳1号”，声称“标志着向实用量子计算迈出了变革性的一步”。但业界对此仍存在较大争议。

这款量子处理器在工艺上面的推动作用非常大，投入也非常大，因为该团队已经花了将近20年来做这个事情，一旦实现突破，就有可能成为实用量子计算机的晶体管，所以还是未来可期。