腾冲科学家大奖获得者潘建伟：量子技术将重构下一个十年的技术格局

量子计算利用其叠加原理，可以提供前所未有的计算能力，为密码破译、气象预报、药物设计、 金融分析等领域提供更好的解决方案。

文｜郭坤

ID | BMR2004

在全球科技竞争日趋激烈、数字经济快速发展的宏观背景下，传统信息技术正逐渐逼近物理极限，信息安全、算力瓶颈等问题日益凸显。如何突破经典计算与通信的边界，构建下一代信息基础设施，已成为各国科技战略竞争的焦点。在这一关键赛道上，中国已将量子科技发展明确纳入国家战略体系，并在“十五五”规划建议中将其置于未来产业布局的首要位置，积极抢占这一关键赛道的发展先机。

在2025腾冲科学家论坛上，中国科学技术大学教授潘建伟院士系统描绘了量子技术从实验室突破走向产业应用，特别是构建高精度信息感知、高速信息处理和安全信息传输的“量子互联网”宏伟蓝图。作为中国量子信息科技的领军人物，潘建伟及其团队在近三十年的科研生涯中，取得了包括“墨子号”量子科学实验卫星、“九章”系列光量子计算原型机、“祖冲之号”系列超导量子处理器在内的一系列具有重要国际影响力的成果。他的演讲不仅是一场科学报告，更是对量子技术发展和产业化路径的清晰勾勒，为全球商界和科技界理解这一颠覆性技术提供了权威的中国视角。

01

量子通信：构建安全高效的量子网络

潘建伟指出，量子通信是迄今唯一安全性得到严格证明的通信方式，同时也是连接量子计算机构建量子互联网的高效信息传输途径。

利用量子叠加特性，任何对量子态的窃听行为都会改变量子态并被察觉，从而实现本质上安全的密钥分发。这种安全性甚至与设备提供商无关（即“器件无关”）——即便设备由第三方机构提供，只要最终测量结果符合理论预期，密钥安全就能保障。

潘建伟还描绘了“量子隐形传态”这一更前沿应用。它类似于科幻中的瞬间传送，不传输实物粒子，却能实现量子信息的远距离传递。这为未来量子计算机之间的高效连接提供了可能：若要将100个量子比特编码的问题发送给远端量子计算机，传统通信方式相当于要传输2的100次方经典比特的信息量，这已超过目前全球数据存储总量的一百万倍，几乎不可能实现；但利用量子纠缠和隐形传态，只需要建立100对纠缠并执行量子隐形传态就可以高效实现。

然而，量子通信的现实应用经历了漫长攻关。量子通信的现实应用面临两大挑战。一是现实器件的不完美可能导致安全漏洞，二是光纤的固有损耗导致距离受限：若不解决损耗问题，实现千公里光纤量子通信，即便有理想光源，平均每三百年才能成功传输一个密钥。

中国团队自本世纪初就开始攻关现实安全性和光子损耗两大难题。

在现实安全性方面，2007年，中国科学家首次实现“诱骗态”量子密钥分发，克服了现实条件下光源不完美带来的安全隐患，首次将光纤量子密钥分发安全距离突破100公里；2013年实现了“测量器件无关的”量子密钥分发，免疫一切针对探测器的攻击。这些进展为量子通信的现实应用成为可能。随着系统性能的进一步提升，至2023年终于将光纤无中继量子密钥分发的安全距离突破1000公里。

在扩展距离方面，“量子中继”是实现远距离量子通信的解决方案。经过二十年攻关，特别是量子存储等关键技术的突破，中国团队实现了国际上综合性能最优的冷原子量子存储，构建了国际首个城域量子纠缠网络，将“器件无关”的量子密钥分发距离突破100公里，为实用化的量子中继奠定了坚实基础。

利用卫星平台是现有技术条件下实现远距离量子通信的另一有效途径。从2003年提出卫星量子通信的构想，到经历10余年的地面关键技术攻关，潘建伟团队牵头研制世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”，于2016年8月成功发射。“墨子号”在国际上率先实现了千公里级的星地量子通信，通信速率超过同距离光纤信道20个数量级，充分验证了通过卫星实现全球化量子通信的可行性。

结合“墨子号”量子卫星和地面远距离光纤通信网络，中国已构建天地一体化量子通信网络雏形。潘建伟预计，未来10年有望实现高效的全球化量子通信，为重要机构提供安全通信支撑。

02

量子计算：算力突破与产业化路径

如果说量子通信主要解决信息安全传输问题，那么量子计算则指向了信息处理能力的根本性突破。潘建伟指出：“量子计算利用其叠加原理，可以提供前所未有的计算能力，为密码破译、气象预报、药物设计、金融分析等领域提供更好的解决方案。”

他用一个生动的比喻解释了量子计算的原理：“经典世界里面，50个比特在某一个时刻只能处于某一种状态。到了量子世界里面，50个原子就可以处于2的50次方状态的相干叠加——相当于可以同时处于2的50次方状态。这就好比你把一张A4纸折叠50次，厚度从0.1毫米变成了1亿公里。在并行数据处理能力上，一个包含50个量子比特的量子计算机，会比包含50个比特的传统计算机快1000万亿倍。”

具体到实际应用场景，潘建伟给出了更直观的例子：“如果要对一个300位的大数进行质因数分解，使用每秒运算万亿次传统计算机可能需要三万年，而使用同样运算速率的量子计算机可能只需要0.1秒。”这种指数级的算力提升，将彻底改变密码学、材料科学、药物研发等多个领域的技术格局。

中国在量子计算领域的标志性成果之一是“九章”光量子计算原型机。潘建伟介绍：“得益于在光量子计算领域的长期研究，我们近期完成了‘九章’光量子计算原型机的研制。在特定问题上，其计算速度比最快的超级计算机快多个数量级。按照目前的发展，使用最优算法，还有几个数量级的提升空间。”而在另一并行的物理体系，潘建伟团队实现的“祖冲之号”超导量子计算处理器也多次创造“量子计算优越性”的世界纪录。“九章”和“祖冲之号”的实现，使得我们成为率先在两种物理体系都达到“量子计算优越性”里程碑的国家，牢固确立了国际第一方阵地位。

他同时透露了近期目标：“在短期内实现专用量子模拟机，来尝试解决经典计算机难以处理的重要科学问题。这个领域目前正处于一个非常活跃的发展阶段。”

关于产业化，潘建伟以个人电脑和手机的发展类比：量子计算将先在科研单位应用，随着量子互联网发展，20—30年后可能广泛应用。他特别提到“盲计算”场景：用户可将问题编码为量子态传至计算终端，终端无法读取问题却可输出结果，保护隐私。

杀手级应用方面，第一个将是密码破解。国际学术界和产业界普遍预期，能够破解1024位RSA公钥密码的量子计算机将在2035年前后诞生，随后将在制药、材料设计等领域发挥价值。长远看，人工智能对算力的巨大需求可能使量子计算成为其关键支撑。

当前量子计算面临的主要挑战是容错问题。潘建伟表示：“整个量子计算领域最受关注的可能是容错量子计算的突破。第一个相关实验验证由中国团队完成，而2023年国际上也有新的进展。”

03

量子互联网：三位一体的未来生态

量子技术的终极愿景是构建全新的信息基础设施——量子互联网。潘建伟表示：“我们的总体目标是希望把现在的互联网升级成为量子互联网。”这一升级不是简单替换，而是构建感知、传输、处理三位一体的全新体系。

他详细阐述了这一体系：“首先是感知——我们叫它量子传感，对物理世界所发生的事情，感知的精确程度可以大幅度提高。当你收到信息之后，要知道这个世界到底发生了什么事情，就要把这些信息安全地传输到处理的终端。传输过程中要用到量子通信，把信息获取之后通过量子通信的手段安全、高效地传递到数据中心的处理终端。要对这么大量的数据进行处理，传统计算机无法处理得过来，这就需要用到量子计算机。”

在这一体系中，中国已经取得了一系列突破。在量子传感方面，潘建伟透露：“我们研制的量子时钟精度已经在地面达到相当于200亿年的误差不超过1秒的水平。三年前，我们在新疆进行的地面实验证明了将精密的时间频率标准进行远距离传输的可行性。这将为构建广域高精度光频标网络，为时间单位‘秒’的重新定义奠定基础”此外，量子精密测量技术在时间、重力、磁场等领域的应用，将推动计量科学的根本变革。

潘建伟提出构建量子互联网的“三步走”战略：

第一，构建天地一体的量子通信网络。“未来的互联网首先肯定得通信，安全传递目前基本达成，但高效传递，会在5—10年能够达到。”

第二，发展可容错的通用量子计算机。“通过5—10年的努力，能够把量子计算容易算错的缺点给克服掉，那么到10—15年的时间里面就有可能来实现可容错的通用量子计算机，但也许需要20年，因为科学的路上很多事情的发展都是出乎预料的。”

第三，推动量子传感技术的广泛应用。“把量子传感的技术用到方方面面，比如在时间的感知或者时间的测量方面、重力的测量、长度的测量等等，能够以更好的方式来感知世界。把目前基于实物的计量方法，全面转移到量子计量的方法。”

04

量子与人工智能的融合未来

量子技术的终极影响可能体现在与人工智能的深度融合上。当被问及通用人工智能（AGI）时代和量子时代哪个会先到来时，潘建伟展现了跨领域的深刻思考：“人工智能现在进步很大，却还有很多未知，而且需要巨大算力和巨大能耗。比如训练一段时长仅为一分钟的短视频所消耗的能量，如果按火电计算，大概会产生相当于一架波音747绕地球飞行十圈以上的碳排放。通用人工智能到来后，耗电量会非常大，没有量子计算的进步，可能很难广泛应用。”

他明确指出了两者的共生关系：“两者不是谁先到来的关系，而是相辅相成——即便通过算法优化降低耗电量，也很难无限制下降，量子计算的进展则会更好推动通用人工智能早日广泛应用。”

潘建伟引用了图灵奖得主姚期智教授的观点：“自然界有两大杰作：第一个是通过几十亿年进化，产生出具有高度智慧的人类；第二个则是自然界揭示出的最深刻的物理规律——量子力学。通过学习和掌握量子力学规律，我们可以研究量子计算；而量子计算又能为人工智能提供强大的算力。”

潘建伟展望了这种深度融合可能带来的革命性变化：“在未来，如果将量子计算与人工智能深度融合，或许能够帮助我们理解甚至创造出新的智能形式。这种智能有可能超越自然缓慢进化所产生的智慧。”这一愿景不仅指向技术突破，更触及了智能本质的哲学问题。

05

拥抱量子时代

潘建伟的演讲为商界领袖提供了理解量子技术的清晰框架和实用时间表。从近期可实现的量子安全通信，到中期的专用量子模拟应用，再到远期的量子互联网生态，量子技术将逐步渗透到经济社会的各个层面。

对于企业而言，量子时代意味着全新的机遇和挑战：金融行业需要准备应对量子计算对传统密码的威胁；制药和材料公司可以期待量子计算加速研发进程；通信企业将面临网络基础设施的升级需求；而所有依赖数据安全的企业都需要评估量子通信技术的应用价值。

潘建伟给年轻科学家的建议同样适用于企业和投资者：“一辈子能做的事很少，趁年轻挑准感兴趣的方向，几十年如一日深耕，或许会有好的结果。”在量子技术这一需要长期投入的领域，持续性和耐心可能比短期灵活性更为重要。

中国在量子科技领域的领先优势来之不易，它建立在像潘建伟这样的科学家近三十年坚持不懈的基础上，也建立在对科技自立自强战略的坚定执行上。随着天地一体化量子通信网络的完善、量子计算原型机的迭代、量子精密测量技术的突破，中国不仅为全球量子产业贡献了关键技术方案，更在塑造未来信息基础设施的全球竞争中占据了有利位置。

量子时代的大门已经开启。那些能够理解这一技术变革的深度、把握其发展节奏、并提前布局的企业和国家，将在新一轮科技革命中占据先机。潘建伟的演讲不仅展示了中国量子科技的成就，更为所有关注未来的人提供了导航量子时代的路线图。在这个充满不确定性的世界中，至少有一点是确定的：量子技术将重新定义下一个十年的技术格局，而中国正在这场变革中扮演关键角色。