“量子”潘建伟：未来十年有望看到数百万量子位相干操纵 推动通用量子计算

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量子技术近期新进展不断。量子纠缠、状态叠加等新技术将在精确测量、通信、计算、材料化学、生命科学等各个领域具有应用前景。

中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟在11月7日举行的第六届世界顶尖科学家论坛上的量子分论坛上，对未来量子技术的发展作出展望。

潘建伟表示：“我认为，在未来5年，也就是短中期，我们可以看到几百到几千量子位相干的操纵，这将有助于我们去研究高温超导机制，其中可能会涉及量子霍尔效应。在长期来看，未来10-15年，我们可以看到数百万量子位相干的操纵，借助量子纠缠，这将为通用的量子计算奠定基础。”

就在上个月，潘建伟团队成功构建了“九章三号”量子计算机原型，首次实现了对255个光子的操纵能力，极大提升了计算的复杂度。

虽然人们操纵量子比特的数量和精准度在不断提升，但要研制成功量子计算机还有很长的路要走。中国科学技术大学陆朝阳教授此前对第一财经记者表示，“九章三号”的成功构建，发展出可扩展的量子调控技术，为具备容错能力的通用量子计算机的研制提供技术基础。

在回答究竟需要多少量子比特才能够实现量子计算机的纠错时，潘建伟表示，这取决于应用，取决于计算机运行的精准度。他谈到逻辑量子比特 （Logical Qubits）的概念，逻辑量子比特可以被看作是在量子计算中进行信息处理和运算的“虚拟”单位。它不直接对应于实际的物理部件，而是通过物理量子比特的组合和控制来实现。通过编码和操作，逻辑量子比特能够存储和处理更复杂的量子信息，从而进行更强大的量子计算，解决更具挑战性的问题。

“解决一个逻辑量子比特可能需要2000个量子比特，这个数量是比较大的。最近我读到一个文献，使用离子阱或者用光镊，我们可能只需要几百个量子比特就可以处理逻辑量子比特，但这个技术的挑战很大。”潘建伟表示。

潘建伟还表示，很多人正在努力研究“拓扑量子比特”。这是一种基于拓扑量子计算的量子比特，工作原理是通过对拓扑缠结态进行操作。由于拓扑量子比特具有较强的容错能力，因此它被认为是实现容错量子计算的理想选择。

“如果能够实现，而且有非常扎实的技术基础，拓扑量子比特将会让量子计算变得更加容易。”潘建伟表示，“但是现在还没有看到这种技术的进步，所以还是有一定的挑战。”

在谈到拓扑应用时，潘建伟认为，新的2D材料在拓扑结构上的应用将会有很大的潜力，因为典型的传统材料在拓扑领域有一定的局限，有时会带来一些错误的结果。此外，纳米设备也能加速量子科学的研究。

2020年沃尔夫物理学奖得主、德克萨斯大学奥斯汀分校物理学讲席教授艾伦·麦克唐纳在同一个论坛上分享了他在摩尔材料方面的研究进展。摩尔材料也是一种二维的材料，通过堆叠技术，可以在半导体领域发挥作用。

法国国家科学研究中心（CNRS）卡斯特勒·布罗赛尔实验室（LKB）高级科学家、研究主任米歇尔·布鲁纳表示：“量子材料的复杂性是比较高的，因为会受到不同条件的影响，到底是用人工材料，还是用真实材料，我们需要去考虑相关的参数，比如说在自旋系统中它会不会移动。”

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