量子科技作為蓄勢(shì)發(fā)力的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)被寫(xiě)入中國(guó)未來(lái)產(chǎn)業(yè)布局，2025年“國(guó)際量子科學(xué)與技術(shù)年”的設(shè)立，以及諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)對(duì)量子領(lǐng)域的表彰，共同標(biāo)志著該領(lǐng)域已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的加速期。

量子計(jì)算機(jī)將成為時(shí)序預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)新藥、破譯密碼的“超級(jí)大腦”，能同時(shí)探索迷宮的所有岔路，模擬我們看不見(jiàn)卻身在其中的量子世界。

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授、不籌量子創(chuàng)始人李曉鵬，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從事中性原子量子計(jì)算的技術(shù)路線(xiàn)，利用激光冷卻和光鑷、光晶格等技術(shù)，將單個(gè)中性原子囚禁并排列成可控的陣列，構(gòu)筑穩(wěn)定、可控且規(guī)?？蓴U(kuò)展的量子信息處理體系，這正成為最具前景的路徑之一。

這項(xiàng)技術(shù)不僅追求在特定計(jì)算中更低成本的算力、更精密的測(cè)量手段，更指向一種根本性的測(cè)量與操控范式——在原子尺度上，重新定義計(jì)算本身。

01 原理：“平行宇宙”的疊加態(tài)

如果說(shuō)經(jīng)典比特（cbit）是一枚靜止的、非正即反的硬幣，那么量子比特（qubit）則更像一枚高速旋轉(zhuǎn)的硬幣，它同時(shí)處于多種狀態(tài)的疊加之中，直至被觀(guān)測(cè)的那一刻才坍縮為一個(gè)確定結(jié)果。量子計(jì)算的巨大潛力，源于這種天然的并行性：當(dāng)數(shù)百上千個(gè)互相糾纏的量子比特協(xié)同演化時(shí)，它們便同步探索計(jì)算問(wèn)題中龐大的可能性空間。李曉鵬團(tuán)隊(duì)探索的中性原子體系，是實(shí)現(xiàn)這一復(fù)雜量子態(tài)的理想載體，它使得在特定問(wèn)題上實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)加速，目標(biāo)直指那些讓當(dāng)今最強(qiáng)超算也望而卻步的復(fù)雜系統(tǒng)模擬。

Q：如果向一位非專(zhuān)業(yè)的人介紹您正在從事的研究，您會(huì)用什么生活化的比喻去描述它？

李曉鵬：量子計(jì)算其實(shí)是比較抽象的一個(gè)概念，是一項(xiàng)面向未來(lái)的顛覆式計(jì)算范式。與經(jīng)典計(jì)算基于確定性狀態(tài)（如0/1）不同，量子計(jì)算可處于多種狀態(tài)的疊加，如同創(chuàng)造一個(gè)并行演化的“平行宇宙”，因而具備天然的并行計(jì)算能力。

經(jīng)典的比特可以理解為一枚硬幣，非正即反。而量子比特更像是一枚高速旋轉(zhuǎn)的硬幣，始終處于正反疊加態(tài)。對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，就是把它拍到桌子上，變成一個(gè)確定的狀態(tài)。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中可能有成百上千個(gè)量子比特，如同1000個(gè)高速旋轉(zhuǎn)硬幣，之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)。

Q：我們的世界從最底層是遵循量子物理規(guī)律的，量子計(jì)算是在模擬這個(gè)世界生成的方式，這是怎樣的世界觀(guān)？

李曉鵬：現(xiàn)在我們認(rèn)為，自然界本質(zhì)上就是量子的。量子計(jì)算的研究初衷之一，是模擬自然界復(fù)雜的現(xiàn)象。自然界現(xiàn)象非常復(fù)雜，如果用經(jīng)典計(jì)算機(jī)去模擬非常困難，所以必須要借助一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)來(lái)控制，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界最終極的模擬。經(jīng)典計(jì)算機(jī)可以模擬相對(duì)比較簡(jiǎn)單的現(xiàn)象，但如果要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)跟自然界一樣的數(shù)字孿生世界，就必須依靠量子計(jì)算機(jī)。

Q：基于這種全新的原理，量子計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)解決哪一些相對(duì)來(lái)說(shuō)經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題？

李曉鵬：這是大家正在研究的很重要的方向。例如玻色采樣，已被嚴(yán)格證明，量子計(jì)算機(jī)比經(jīng)典計(jì)算機(jī)存在指數(shù)級(jí)的優(yōu)勢(shì)。問(wèn)題的規(guī)模越大，它能夠產(chǎn)生加速的效果會(huì)越顯著——不僅是在理論層面，在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)被證實(shí)了。前幾年很轟動(dòng)的“量子霸權(quán)”實(shí)驗(yàn)，正是基于玻色采樣。另一個(gè)已被證實(shí)存在顯著加速的就是隨機(jī)線(xiàn)路采樣。但無(wú)論是哪種都缺少明確應(yīng)用價(jià)值，有應(yīng)用價(jià)值的問(wèn)題可能有以下幾方面。

一是質(zhì)因數(shù)分解的問(wèn)題。如果在量子計(jì)算機(jī)上有效求解的話(huà)，就可以破譯RSA公鑰加密體系，這對(duì)國(guó)家安全非常重要。原先大家覺(jué)得這件事比較遙遠(yuǎn)，但近幾年已經(jīng)漸漸地具有可行性。

二是量子模擬方面的應(yīng)用前景，例如，我們要用一臺(tái)計(jì)算機(jī)模擬高溫超導(dǎo)里面的電子，或者是一個(gè)大分子里面一些電子的行為，探求這個(gè)大分子的性質(zhì)，或者得到更高溫的超導(dǎo)體。這件事情用經(jīng)典計(jì)算機(jī)做是非常困難的，但用量子計(jì)算機(jī)可以更高效地求解。

在人工智能方面，某些特定的問(wèn)題已經(jīng)被證明了可以得到顯著加速，但也有許多問(wèn)題需要解決。

02 突破：前沿的量子態(tài)到工程現(xiàn)實(shí)

近日，不籌量子完成數(shù)千萬(wàn)元人民幣的天使輪融資，核心團(tuán)隊(duì)主要源自復(fù)旦大學(xué)中性原子量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，平均年齡在30歲左右。他們面對(duì)的是將精妙的物理構(gòu)想轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定產(chǎn)品的挑戰(zhàn)：通過(guò)量子糾錯(cuò)編碼，在物理量子比特之上構(gòu)建出抗干擾的邏輯量子比特，這是實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展通用計(jì)算的基石。年輕的團(tuán)隊(duì)正在將實(shí)驗(yàn)室中復(fù)雜的光學(xué)、真空、控制子系統(tǒng)，整合打磨成標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的核心組件與整機(jī)產(chǎn)品，搭建通往未來(lái)算力時(shí)代的可靠產(chǎn)線(xiàn)。

Q：量子計(jì)算這個(gè)概念很早以前就誕生了，但是你們的研究正在讓它從“概念”變成“實(shí)機(jī)”。這是否是“恰逢其時(shí)”的機(jī)遇？

李曉鵬：我于2016年回國(guó)在復(fù)旦大學(xué)早期從事量子計(jì)算相關(guān)算法和模擬研究，當(dāng)時(shí)還不是熱門(mén)的領(lǐng)域和學(xué)科。但是這幾年的發(fā)展讓我們?cè)絹?lái)越確信，量子計(jì)算是這個(gè)時(shí)代應(yīng)運(yùn)而生的一項(xiàng)技術(shù)。從量子計(jì)算的概念提出至今已經(jīng)有四十年了，基本的原理幾乎無(wú)變化，但很多技術(shù)有了翻天覆地的發(fā)展。

在這次諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)之前，學(xué)校、上海市科委、科技部都也敏銳發(fā)現(xiàn)了我們團(tuán)隊(duì)的工作前景并給予了很好的支持。隨后我們?cè)谥行栽恿孔佑?jì)算領(lǐng)域大干快上，尤其在量子優(yōu)化算法、量子機(jī)器學(xué)習(xí)、量子模擬等方向已經(jīng)取得豐富的科學(xué)研究成果，正朝著打造有實(shí)用價(jià)值的量子計(jì)算機(jī)加快推進(jìn)。近期，我們實(shí)現(xiàn)了銫原子千原子的囚禁、單比特門(mén)操控、雙比特門(mén)操控；在中性原子陣列的研究中發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)程相互作用結(jié)合量子漲落可以誘導(dǎo)產(chǎn)生雙超固量子相，相關(guān)成果已經(jīng)逼近國(guó)際領(lǐng)先水平。

隨著芯片工藝的發(fā)展，從微米級(jí)邁向納米級(jí)，繼續(xù)向前則必然發(fā)展到亞納米級(jí)，這正是量子力學(xué)描述的區(qū)間。因此，人類(lèi)信息技術(shù)要繼續(xù)前進(jìn)，單原子的控制技術(shù)就是必須跨越的一道障礙，而量子信息技術(shù)正逢其時(shí)。當(dāng)前算力與能源需求也呼喚更高效節(jié)能的計(jì)算范式，量子計(jì)算在原理上正具備這一優(yōu)勢(shì)。

Q：您為什么會(huì)考慮從一個(gè)教授的身份創(chuàng)辦不籌量子公司，公司現(xiàn)在發(fā)展的情況如何？接下去的計(jì)劃如何？

李曉鵬：我們創(chuàng)辦不籌量子這家企業(yè)，有多個(gè)方面的考慮。首先是從科學(xué)上“第一性原理”的角度考慮。量子計(jì)算需要兼顧科技創(chuàng)新與工程落地。世界范圍來(lái)看，原子量子計(jì)算做得很好的一個(gè)團(tuán)隊(duì)是哈佛大學(xué)Mikhail Lukin團(tuán)隊(duì)，他們通過(guò)與QuEra公司協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了科研與工程的高效結(jié)合，這為我們提供了重要參照。

如今，我們已具備軟硬件研發(fā)能力，所缺的正是技術(shù)工程化這部分。因此，創(chuàng)辦不籌量子這家企業(yè)就不再是“可做可不做”，而是邁向世界頂尖的必由之路。我們要定義好公司的產(chǎn)品、它的發(fā)展方向、它的里程碑等。比如我們近期要實(shí)現(xiàn)整機(jī)定制與量子云服務(wù)，并圍繞量子計(jì)算的關(guān)鍵組件打磨產(chǎn)品，如我們自主研發(fā)的物鏡與磁光阱技術(shù)，可形成一些貨架式的產(chǎn)品。

我個(gè)人的理想是把量子計(jì)算真正推向應(yīng)用，在我們這一輩人的努力下真有可能做到。在當(dāng)打之年，能在一項(xiàng)足以改變生活的劃時(shí)代技術(shù)中貢獻(xiàn)力量，是我們這一代科研人的幸運(yùn)。

Q：量子計(jì)算機(jī)最初的哪些構(gòu)想我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了？從實(shí)驗(yàn)室的前沿科學(xué)研究，到未來(lái)我們依賴(lài)量子計(jì)算機(jī)去提供可靠、精密、強(qiáng)大的服務(wù)，最需要攻克的困難是什么？

李曉鵬：量子計(jì)算最早的構(gòu)想中，有很多要素要實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)一個(gè)量子計(jì)算機(jī)的態(tài)初始化，要實(shí)現(xiàn)高保真度的量子門(mén)，要可測(cè)量，另外量子非常脆弱，要進(jìn)行量子糾錯(cuò)才能做到可拓展的通用量子計(jì)算。

我覺(jué)得最關(guān)鍵的有兩步。一是量子糾錯(cuò)，技術(shù)上已經(jīng)可以在實(shí)驗(yàn)室演示出來(lái)，證明量子糾錯(cuò)碼是可以成功的。我們要把量子糾錯(cuò)做好，即使發(fā)生錯(cuò)誤，也可通過(guò)這種方式讓它對(duì)錯(cuò)誤不敏感。這是第一點(diǎn)核心技術(shù)。

另外一方面就是量子算法的開(kāi)發(fā)。我們需要開(kāi)發(fā)更好的、解決更多實(shí)用價(jià)值問(wèn)題的量子算法以及量子加速。最近一兩年，量子計(jì)算的發(fā)展超出了很多人的預(yù)期，大家也就有了更大的信心。一旦找到一個(gè)真正有商業(yè)價(jià)值的突破口，就會(huì)形成星星之火、可以燎原的態(tài)勢(shì)，也許就會(huì)出現(xiàn)在我們不籌量子的產(chǎn)品和技術(shù)里。

Q：AI的手段可以更精準(zhǔn)地控制原子，幫助實(shí)現(xiàn)更好的量子計(jì)算，可以給我們解釋一下是怎么做到的嗎？

李曉鵬：我們具體用到的是一種強(qiáng)化學(xué)習(xí)（reinforcement learning）的手段。這就像是讓AI玩一個(gè)游戲，目標(biāo)是更好地控制原子。AI通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)中的獎(jiǎng)勵(lì)與懲罰機(jī)制不斷進(jìn)步，比如在將原子裝載進(jìn)光鑷的實(shí)驗(yàn)中，如果用AI控制參數(shù)，裝載率越高，AI獲得的獎(jiǎng)勵(lì)就越多。通過(guò)一輪輪實(shí)驗(yàn)的迭代，AI最終能找到優(yōu)化整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程的有效策略。

Q：隨著玩游戲的深入，量子計(jì)算如何反過(guò)來(lái)幫助AI本身變得更強(qiáng)？

李曉鵬：我個(gè)人覺(jué)得，AI的發(fā)展現(xiàn)在很重要的一個(gè)觀(guān)察是規(guī)?；▌t（Scaling Law），即有更多的數(shù)據(jù)、更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)就會(huì)涌現(xiàn)更高的智能。雖然背后遠(yuǎn)離還不清楚，但是大量數(shù)值的實(shí)驗(yàn)、大語(yǔ)言模型的經(jīng)驗(yàn)和觀(guān)察印證了Scaling Law這件事情。

基于這個(gè)觀(guān)察，有理由相信量子賦能AI肯定會(huì)帶給我們巨大的驚喜。因?yàn)榱孔泳€(xiàn)路本身足夠復(fù)雜，也就能夠帶來(lái)更豐富的表示能力，在我看來(lái)這就是更高的智能。

03 未來(lái)：“指哪打哪”與量子時(shí)代的底層邏輯

量子計(jì)算機(jī)賦能的前景廣闊：它將實(shí)現(xiàn)新材料的“按需定制”，提升氣候科學(xué)與金融建模的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，并可能催生真正具有理解與創(chuàng)造能力的下一代AI。這不僅是工具的升級(jí)，更是一場(chǎng)對(duì)物質(zhì)、信息乃至智能本身進(jìn)行設(shè)計(jì)與編程的底層革命。

李曉鵬描述量子計(jì)算的理想形態(tài)時(shí)稱(chēng)，量子計(jì)算發(fā)展到極致可做到“指哪打哪”——通過(guò)制備和操控量子態(tài)，近乎完美地實(shí)現(xiàn)指定演化，即使存在不完美，也能通過(guò)糾錯(cuò)使之完美達(dá)成。

Q：在當(dāng)下，量子計(jì)算如何和其他領(lǐng)域結(jié)合并運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中？

李曉鵬：前一段時(shí)間上海市公布了上海量子計(jì)算十大應(yīng)用場(chǎng)景，涵蓋金融、氣象、密碼安全、醫(yī)藥及新材料研發(fā)等領(lǐng)域。我覺(jué)得這些是對(duì)未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)探索。從目前進(jìn)展看，多個(gè)方向均展現(xiàn)出良好前景，但仍需各方持續(xù)努力推進(jìn)。

Q：想象一下，對(duì)10年后的一位普通的市民來(lái)說(shuō)，您的研究會(huì)怎樣使TA的生活受益？

李曉鵬：其實(shí)只要是用到巨大算力的地方，量子計(jì)算機(jī)就可以提供不一樣的選擇。以氣象預(yù)測(cè)為例，未來(lái)公眾或可同時(shí)參考經(jīng)典計(jì)算機(jī)與量子計(jì)算機(jī)的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行選擇。如果有超過(guò)50%的公眾選擇量子計(jì)算機(jī)的結(jié)果，那也是量子計(jì)算的一種優(yōu)勢(shì)。

量子計(jì)算應(yīng)用于復(fù)雜時(shí)間序列預(yù)測(cè)，確有它的獨(dú)到之處。與我們關(guān)聯(lián)較大的地方，如新材料的開(kāi)發(fā)，目前新材料開(kāi)發(fā)依賴(lài)實(shí)驗(yàn)室反復(fù)試錯(cuò)，而未來(lái)若能實(shí)現(xiàn)按功能精準(zhǔn)定制材料，將為生活帶來(lái)深刻變革。

Q：人類(lèi)生活在這個(gè)物理世界，就像在走迷宮。通過(guò)經(jīng)典計(jì)算只能走一條路。但是通過(guò)量子計(jì)算，我們是否可以用“上帝視角”俯視這個(gè)迷宮？

李曉鵬：走迷宮的說(shuō)法蠻貼切的。有一個(gè)專(zhuān)業(yè)的算法領(lǐng)域叫量子游走（Quantum Walk），它有點(diǎn)像在迷宮里面行走。經(jīng)典行走是一次只能走迷宮的一條路，而量子行走可以同時(shí)走不同的路線(xiàn)。所以它能更好地找到出口。

若迷宮中包含1000個(gè)節(jié)點(diǎn)（即1000個(gè)路口），每個(gè)路口需做一次選擇，則路徑可能性總數(shù)高達(dá)2的1000次方。經(jīng)典計(jì)算需遍歷全部可能性才能判斷出口，而量子計(jì)算可將復(fù)雜度降至1000的多項(xiàng)式，如1000的1次方、1000的平方等，遠(yuǎn)低于指數(shù)規(guī)模。這一具體實(shí)例清晰體現(xiàn)了量子計(jì)算所能實(shí)現(xiàn)的指數(shù)級(jí)加速。

Q：在量子計(jì)算研究的日子里，您有沒(méi)有哪個(gè)瞬間覺(jué)得自己是開(kāi)創(chuàng)者？

李曉鵬：在我看來(lái)，科學(xué)家更像是創(chuàng)造某種鑰匙。我們發(fā)展一種關(guān)鍵的技術(shù)，打開(kāi)面向未來(lái)的一扇門(mén)。歷史的發(fā)展不是一個(gè)人創(chuàng)造的，回看計(jì)算機(jī)的發(fā)展，圖靈最早提出了“圖靈機(jī)”的概念，后續(xù)科學(xué)家造出電子計(jì)算機(jī)、推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與人工智能落地。他們雖未能預(yù)見(jiàn)今天的世界，但他們還是造一把鑰匙，把一扇門(mén)打開(kāi)，讓大家看到這扇門(mén)之后有美妙的風(fēng)景。

如今我們建造量子計(jì)算機(jī)、開(kāi)發(fā)底層算法、推動(dòng)其走向市場(chǎng)，解決了A、B、C、D的基礎(chǔ)問(wèn)題之后，未來(lái)如何被使用、將創(chuàng)造怎樣的世界，則需要所有人與市場(chǎng)主體共同參與和塑造。這個(gè)新世界不是我們創(chuàng)造出來(lái)的，而是它本來(lái)就該在那里，它會(huì)成長(zhǎng)成什么樣子，會(huì)有自己的生命力。