不久前，在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的一間實驗室中，誕生了中國最新一代的光量子計算機——九章四號。在這樣一臺光量子計算機面前，在特定問題上傳統(tǒng)計算機的計算速度已經(jīng)被遠遠甩在了身后。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、知名量子計算專家，陸朝陽是該項目研究團隊的核心領(lǐng)軍人物之一。
量子計算潛在的巨大威力，很多年前，量子技術(shù)的發(fā)展就已經(jīng)成為國家間的戰(zhàn)略博弈。誰在量子計算上領(lǐng)先一步，誰就可能在未來幾十年的全球競爭中占據(jù)主動。
陸朝陽：最早量子計算這個概念是費曼提出來的，他在1981年就提出這個概念，他說量子計算機可以做得比經(jīng)典計算機更快，但是一直是處于這種概念、一個空想。我們想要攻克的目標，就是在他提出這個概念四十年之后，我們終于可以造出一個實實在在的工程樣機，我可以擺在桌面上，你給它一個數(shù)學(xué)問題，它比經(jīng)典計算機算得快。
2014年，美國谷歌公司投入十億美元，集中數(shù)百名的科學(xué)家，宣布將用五年時間制造出世界上首臺量子計算機。當時，31歲的陸朝陽帶領(lǐng)著一個十幾人的團隊，也在朝著同樣的目標行進。
陸朝陽：我們的經(jīng)費大概是幾千萬元人民幣，團隊就是十個人左右，我們的研究生，95后為主。
記者：這么少的人，這么點錢，你能做什么事？
陸朝陽：我們路線跟它選的不一樣，我們當時第一個路線不是用的超導(dǎo)量子比特，我們用的是光子，在這個領(lǐng)域國內(nèi)已經(jīng)有很強的積累了。
光子技術(shù)路線的選擇，開始于中國科學(xué)院院士潘建偉，他在2000年代初從歐洲回國，帶領(lǐng)團隊開始深耕光子糾纏技術(shù)。2000年考入中科大物理學(xué)專業(yè)的陸朝陽，則在大三的時候，決定了自己未來的專業(yè)方向。
記者：為什么當時選擇的是量子物理？
陸朝陽：因為量子滿足了我對科學(xué)研究所有的幻想。一方面，量子力學(xué)在過去一百年里面已經(jīng)催生了包括半導(dǎo)體、晶體管、激光在內(nèi)這樣一些發(fā)明。它相關(guān)催生的產(chǎn)值占全球GDP的至少三分之一；另外一方面，它又很前沿，有很多開放的疑問。我覺得量子很好地融合了頂天和立地這兩個夢想，當時對我來說特別合適。
保送研究生之后，導(dǎo)師潘建偉布置給了陸朝陽一項高難度任務(wù)——把實驗平臺升級到具備操縱六光子糾纏的能力。在此之前，五光子糾纏是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊在2004年首次實現(xiàn)的。
記者：從五個光子到六個光子，到底這是一個什么性質(zhì)的變化？
陸朝陽：五個光子的時候，相當于是二的五次方，等于三十二這么一個空間，到六個光子就變成六十四了，直接就翻倍了。
今天，九章四號實現(xiàn)了3050個光子的控制，但20年前，量子技術(shù)仍處于從0到1的探索階段，從五個光子到六個光子的進步，是一項艱巨的任務(wù)。
記者：看到它、捕捉到它，有多難這件事？
陸朝陽：一個從無到有的過程是非常困難的。因為第一，你不知道它在什么地方產(chǎn)生，我們只有一個通過理論計算的大致方位判定。這個時候同時你還要探測兩個，所以兩個探測器都在一個未知的角度，就像在黑暗中摸索，直到找到了那條正確的信號，給我們正反饋之后，我才能得到最后我們想要的結(jié)果。
通過近兩年的努力，陸朝陽和團隊成功制備了六光子糾纏態(tài)，而且在同一個實驗裝置中巧妙地實現(xiàn)了可用于量子計算的簇態(tài)。這項工作發(fā)表在2007年2月的《自然·物理學(xué)》上，入選兩院院士評選的2007年中國科技十大進展新聞。
2008年，陸朝陽進入劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室攻讀博士，其間，他在國際上首次實現(xiàn)單電子狀態(tài)的光學(xué)測量，為量子計算解決了一個基礎(chǔ)性難題，成果發(fā)表在《自然》雜志上。2011年初，他收到了劍橋大學(xué)丘吉爾學(xué)院的青年研究員教職邀請，但卻在博士論文答辯完成一周之后，隨即回國，成為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)最年輕的正教授。
記者：為什么你不在一個深厚的研究水平的地方繼續(xù)研究，而是要回到這來從零、什么都沒有的這么一個地方，你為什么做這個選擇？
陸朝陽：如果我待在英國，可能在最早的五到十年可能會更加順利，會更加容易去做這個事情，就跟你剛剛說的，他們有更好的條件，但從長遠來說會有天花板。
記者：長遠的天花板是什么？
陸朝陽：因為其實做科研，站在我們科學(xué)家背后的，其實是整個國家的力量。在這一塊，因為量子信息技術(shù)跟國家的信息安全、跟算力是緊密相關(guān)的，所以中國必須發(fā)展這個技術(shù)，之后我們整個發(fā)展的前景和能夠做到的事情會越來越多，會越來越大，會越來越好。從我小時候到我讀中學(xué)、到大學(xué)、到出國，我看到了我們整個國家的發(fā)展是非常蓬勃、非常積極向上的，這個給了我很大信心。同時我2008年到英國的時候，正好當時我們北京奧運會（舉辦）了，所以作為留學(xué)生，當時在國外看奧運會，我們的心情比在國內(nèi)很多同學(xué)要激動得多，我們都特別為國家感到驕傲。
回國后，陸朝陽和同事們搭建了半導(dǎo)體量子光源實驗室，2012年做出國際最高品質(zhì)的單光子源，首次在國際上解決這一領(lǐng)域重要的兩個參數(shù)，為中國量子計算在做最基礎(chǔ)的準備。2015年，陸朝陽和同事們又實現(xiàn)另一項重要突破——“多自由度量子隱形傳態(tài)”，這是構(gòu)建量子計算機的又一塊基石。此時，谷歌公司的五年計劃正在穩(wěn)步進行中。
記者：你是80后，你的學(xué)生是90后甚至00后，哪來的這種緊迫感還有動力？因為和老一輩的成長年代完全不一樣。
陸朝陽：我們這一代人因為得益于國家的發(fā)展，所以我們更多的是平視世界，我們會覺得去超越歐美的很多科學(xué)目標、科學(xué)的發(fā)展水平，是一件特別自然的事情，就是我們自己本身應(yīng)該有的使命，到我們這一代之后，就是應(yīng)該去超越他們。
2019年12月，谷歌宣布了他們在量子計算方面取得的成果：五十三個量子比特的系統(tǒng)可以在兩百秒內(nèi)解決當時世界最快超級計算機需要1萬年才能完成的計算問題。
陸朝陽：那個時候壓力很大，熬夜到兩三點是很平常的事情，甚至我們在采數(shù)據(jù)的時候，我們團隊整整有三十個小時都沒有休息。因為我們最初的這個裝置，要把它調(diào)試好，參量變量特別多，那段時間我們整個團隊大家的心都是繃著的，其他事情都提不起我們的興趣。
谷歌宣布成功一年后的2020年12月，中國科學(xué)家團隊正式推出并在《科學(xué)》期刊發(fā)表了“九章”光量子計算機，其在計算速度、功耗、性價比等方面超過了谷歌之前的結(jié)果。
記者：為什么要用霸權(quán)這個詞來形容科學(xué)的發(fā)現(xiàn)？
陸朝陽：量子霸權(quán)這個學(xué)術(shù)名詞，就是說量子計算機完成這個任務(wù)，是經(jīng)典超級計算機在幾億年的時間里面都沒法完成的，他們把它叫作量子霸權(quán)。后來我們發(fā)表文章的時候，用的是量子計算優(yōu)越性，后來國際學(xué)術(shù)界也慢慢采用了我們的這個名詞，量子霸權(quán)這個詞慢慢就少了。
記者：那你為什么不沿用它的量子霸權(quán)，而用量子計算優(yōu)越性這樣一個相對中和的詞？
陸朝陽：我們希望在這方面體現(xiàn)我們中國文化的傳統(tǒng)，我們非常友好、愛好和平，不希望去炒作一些學(xué)術(shù)上的名詞。
記者：你做的這個科學(xué)研究，它算是基礎(chǔ)科學(xué)還是應(yīng)用科學(xué)？
陸朝陽：您這個問題問得特別好。量子計算在早期的時候，在我們做到十個光子之前，是非常基礎(chǔ)的研究；后來我們用九章這種新的方法之后，你可以看到光子進步的速度越來越快，已經(jīng)開始慢慢從基礎(chǔ)研究過渡到了應(yīng)用研究和工程化、集成攻關(guān)這么一個階段。
中國的九章光量子計算機出來后，迅速成了世界各大實驗室研究的目標和對象。
陸朝陽：反應(yīng)最大的是美國的國家技術(shù)標準局和加拿大的一個機構(gòu)，叫作仙樂都量子計算的初創(chuàng)公司。他們聯(lián)合起來用我們這個路線，中間有段時間又反超了我們，后來又被我們的九章三號給反超了。因為這個目標太重要了，所以它是一個非常激烈的你追我趕這么一個競爭的過程。
激烈的競爭中，迭代升級成為必然選擇。2023年10月，九章三號量子計算原型機出世，它在百萬分之一秒時間內(nèi)所處理的最高復(fù)雜度的樣本，需要當時最強的超級計算機“前沿”花費超過二百億年的時間。如今隨著九章四號的上線，量子計算的速度再次被提升到前所未有的高度。
陸朝陽：在光量子計算機領(lǐng)域，我們國家應(yīng)該說是國際的領(lǐng)跑者，而且我們建立了最強的量子計算優(yōu)越性這么一個標準，其他國家只有加拿大和美國，他們一個聯(lián)合小組做了同樣的目標，其他國家還沒有做到這么一個里程碑的目標。
因?qū)α孔佑嬎銖幕A(chǔ)研究到應(yīng)用技術(shù)的貢獻，陸朝陽先后獲得多項國內(nèi)和國際的大獎，入選《自然》“中國科學(xué)之星”，被國際同行譽為“量子鬼才”。
記者：科學(xué)研究對你來說魅力在哪兒？
陸朝陽：科學(xué)研究的魅力，還是回到我最初說的頂天立地。我們會有機會去發(fā)現(xiàn)一些新的現(xiàn)象、新的規(guī)律、新的技術(shù)，這會給我們帶來非常大的滿足感。我發(fā)展的技術(shù)，也許某一天可以應(yīng)用于我們國家的需要或者應(yīng)用于國民經(jīng)濟，這個也是一個特別好的事情。我是一個老師，看著這些年輕人，從最開始來我們實驗室的時候特別懵懂的一些少年，后來成為獨當一面的青年科學(xué)家，這個也會給我們帶來非常大的滿足感。
（來源：央視新聞客戶端）
