量子竞逐：谁将主导新科技时代？|量子计算|潘建伟|量子计算机|卫星

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出品|网易科技《后厂村7号》栏目

一、39年前，“海归”与“土鳖”会师

1983年6月中旬，在美国纽约州罗切斯特大学，一连三天举办由美国空军科研局资助的“相干和量子光学会议”，30个国家的310名代表出席这次会议，现场也有一些中国面孔，吴令安、郭光灿、彭堃墀、邓质方（后未在量子领域发展）等人就在其中。

吴令安当时是在美国留学，郭光灿和彭堃墀则是访问学者。

吴令安记得，6月大热天的暑夜，在邓质方家中，他们吃着西瓜、冰激淋，彻夜交流，一晚上的话题几乎都与量子光学有关，虽然不少人对此还是半懂不懂，却富有热情。

几个人中，郭光灿和彭堃墀先行回国，分别回到自己的原单位中国科技大学和山西大学开展量子光学研究工作，吴令安则留美读书，一直到1987年拿到博士学位后，才回国。

张智明也是在跟着老师求学的时候，于1980年代初期自然而然走上量子光学研究道路的。现在他是华南师范大学信息光电子科技学院的教授，研究量子光学、量子信息和冷原子物理，主持和参加过国家自然基金委和教育部的十几个科研项目。

1984年，也就是回国第二年，郭光灿向中国科大争取到了2000多块钱的经费，在安徽省滁州市琅琊山琅琊寺组织召开了全国第一届量子光学学术会议，当时50多人与会，其中不乏好奇心驱动前去参会的。

二、没有条件，创造条件也要干

1991年，郭光灿出版国内第一部中文专业著作——《量子光学》，这被誉为国内量子光学的启蒙之作。此后，他又在世界上第一个做出量子避错码，第一个提出量子概率克隆原理。1（安徽日报）

同样回到国内的彭堃墀，则在山西大学开办了光电研究所，是国内第一个开展量子压缩态（挤压态）实验的科学家，后来的研究成果不仅受到同行称赞，在国际上也具有显示度。山西省方面很支持他的研究，在他回国前就给了数额不菲的经费，还是美金。

“在美国就买了各种设备，大到光学平台，小到万用表，都赶快买，跨过太平洋运回国。”吴令安对彭堃墀当时在美国大手笔采购科研设备记忆犹新。

几年前，在彭堃墀的实验室里，张智明问彭，如今的实验室条件，和当年美国那边相比，水准怎么样？彭很自豪地告诉他，现在的实验室条件，比美国那边好多了。

回国后，彭堃墀在量子信息领域的研究取得了一系列原创性的成果，他所领导的山西大学光学学科和实验室，也相继成为国家重点学科和国家重点实验室。

2003年，彭堃墀和郭光灿一同当选为中国科学院院士。

1987年拿到博士学位，吴令安回到中科院物理研究所工作，艰难开展实验。

冬、春两季，北京沙尘暴频繁，即使把窗户都封闭，光学实验设备也会被污染。

“大功率的激光器，光功率很强，光束打在镜子上，它会把空气里的有机分子烧在镜片上，就污染了。一污染，它的反射率就下降了。”吴令安说，当时不像现在有超净室。据她所知，彭堃墀在山西大学也面临同样的问题，也是折腾好多年。

最开始，吴令安也想像彭堃墀那样，做挤压态实验，但是条件不具备，折腾了几番，觉得太难了，也就放弃了，转向所需条件不那么苛刻的新方向——量子通信研究。

在没有任何经费支持下，吴令安自己动手，拼拼凑凑，自制组装和设计了各种实验设备。1995年她实现了国内第一个自由空间量子密钥分发演示实验，论文发表在当年国内《量子光学学报》的创刊号上。

就这样，她成为国内最早开始量子密码通信实验研究的科学家。从时间上看，她的工作要比后来的院士早十年多，当时后者还在中科大读书。

研究要持续下去，必然需要经费支持，吴令安当时觉得，量子保密通信在国防上比较适用，应该受军队欢迎，由于发表了论文，名声在外，她后来真被部队请去做了报告，不过在当时量子通信还显得太超前，她主动找个别单位接洽，人家根本就不感兴趣，要么就是听不懂。

最后还是中科院信息安全实验室，一听她介绍量子密钥分发，就明白其前景了，与她合作申请到一笔中科院院长基金。

吴令安说，比之于自己的小打小闹，郭光灿更能干一些，开始找的不是军队或政府部门，而是反其道行之，“他找到中国银行，找这样有业务需求的一些单位。”

郭光灿倾向于走产学研发展路子，他曾对人说，自己早有意识，“量子技术走向市场化，光靠学校是不行的，学校就是研究机构，产业化一定要有公司的力量帮助”。2（《电子工程世界》）

在从事量子科研的过程中，郭光灿一度被人质疑是在搞伪科学，申请科研项目，也屡有碰壁。经过多年的活动和努力，2001年，他申请的第一个量子通信和量子信息技术的国家“973”项目终获通过。3（安徽日报）

当时有八个课题，郭光灿任首席科学家，同时拉了一支研究队伍参与，当年在美国的吴令安、彭堃墀也都是其中的成员，分别担任课题组长。潘建伟这一年留学归来，也在其中担任了相关课题的负责人。

2013年，具有全部自主知识产权的世界首个量子政务网在安徽芜湖建成，也是郭光灿团队负责研制。郭的单位中科大当年宣称，这标志中国量子保密通信技术正式步入应用轨道。4（中国科技大学官网）

属于中国的量子科学的黄金年代，就是这样，一脚深一脚浅地在包括他们在内许多研究人员的摸爬滚打中拉开。

三、美国人问：潘建伟是什么人？

2017年9月29日，中国科学院院长白春礼与奥地利科学院院长安东·塞林格分别在北京和维也纳两地进行了一次颇不寻常的远程视频通话。

根据新华视点的报道，这次通话的信号路线，先通过“京沪干线”北京控制中心与“墨子号”兴隆地面站的连接，打通天地一体化广域量子通信的链路，然后通过“墨子号”与奥地利地面站接通，实现了相距7000公里量子加密通话。

这个地点，既是中国首条量子通信干线“京沪干线”北京控制中心，又是天地一体化广域量子通信网络的展示厅。

所谓天地一体，天是指“墨子号”量子科学实验通信卫星，地是指京沪量子通信干线及其沿线城域网，二者均由中科院统一领导。金西所在的国科量子通信网络有限公司，是中国科学院下属实体企业，主要职能是负责以“墨子号”卫星和“京沪干线”为基础、由国家发改委支持的新一代信息基础设施“国家广域量子保密通信骨干网络”的建设和运营。

2016年8月16日，墨子号卫星发射升空，这是全世界第一个量子科学实验卫星。根据相关研究人员介绍，墨子号卫星完成了计划中的三个科学目标：地星的量子密钥分发、星地的量子纠缠分发，以及地星的量子隐形传态。这枚卫星目前还在轨道上正常运行着。

2017年9月，全长2000多公里的量子通信京沪干线全线贯通，采用光纤传输量子信号，实现两地量子保密通信，同时它的北京接入点与墨子号卫星连接，突破了地面光纤传输的距离短板，有观点认为，这使得量子通信全球覆盖的实现成为可能。

这背后，有一个科学家的名字无可忽略，他就中国科学院院士、著名物理学家潘建伟——他是两个项目的首席科学家。

潘建伟从中科大硕士毕业后，于1996年前往奥地利维也纳大学留学，师从量子实验科学家塞林格（也即前面提到的奥地利科学院长），师生合作实现了量子隐形传输实验，当年被美国《科学》杂志列为年度全球十大科技进展。

2001年，潘建伟被中国科学院作为国外杰出人才引进回国，回到中国科技大学组建自己的研究团队。15年后，他成了中国量子通信方面的领军科学家之一，旗帜般的人物。

在他眼里，潘建伟的学术影响力提升了中国人在国际上的辩识度，也增强了他们的信心。莫莫去美国的时候，发现普通到连房东都在关注墨子号卫星，打听“潘建伟是什么人？”

2018年冬天，潘建伟获评为100位改革开放先锋人物，这是国家对改革开放40年涌现的各领域杰出人物的最高奖赏。

四、钱有了，人也有了

“现在量子通讯、量子信息纳入国家优先发展战略国家的国策，”莫莫院士说，新市场经济下的举国体制，是中国量子科学的制胜法宝，“在大量的工程方面，中国有这个优势。”

2015年，科技部将973计划、863计划等整合而成国家重点研发计划，量子调控与量子信息此后成为计划中的未来科研经费重点投向领域。

这一计划扶持的科研项目特点是：事关国计民生的重大社会公益性研究，事关产业核心竞争力、整体自主创新能力和国家安全的重大科学技术问题，突破国民经济和社会发展主要领域的技术瓶颈。5（科技部官网）

“如果没有国家强大的经费支持，就没有办法做那些实验，只能光在纸上谈兵了，”张智明对《后厂村7号》说，在量子科学等基础研究方面，国家经费支持强度很大，普通项目也都能申请到七八十万，而一些受重视的大团队，要人有人要钱有钱，“有些项目的经费多达数千万、上亿元”。

研究力量也在扩增，从广义量子科学层面（包括量子光学、等学科）来看，如今放眼全国，据说研究人数规模达到三、五千人之多。

张智明向《后厂村7号》粗略地划分了当今国内有代表性和影响力的研究力量，广义的量子科研层面，有清华大学薛其坤院士、中科院物理所向涛院士、中国工程物理研究院孙昌璞院士、中国科大杜江峰院士等一批科学家代表。

而在量子光学方面的研究力量分布：一支在中国科大，以郭光灿院士、潘建伟院士两大团队为主要代表；一支在山西大学，以彭堃墀院士的光电研究所为代表。其他的则有浙江大学朱诗尧院士团队；上海交通大学张卫平教授团队；清华大学以龙桂鲁教授、王向斌教授等人为代表的相关研究团队；中国科学院上海光机所王育竹院士为代表的团队等。

张智明留意到，比之于1984年50多人的琅玡寺会议，2018年的全国量子光学会议的参会人数达了700人以上。

今年8月，在安徽省滁州市琅琊山琅琊寺故地，中国物理学会量子光学专业委员会举办了光学学术会议35周年纪念会，将郭光灿、吴令安等老海归和本土前辈科学家请去，特别安排献花环节，向他们当年推动量子光学发展致意。

队伍壮大的同时，国内量子科研的水平据称也大大提高。与会的张智明说，“在1984年前后，大家基本上是在国内发文章，能在国内的《物理学报》上发表文章都不容易。而现在在国际最高水平的《Nature》、《Science》上都有了中国学者的文章，在《Nature》子刊上发表的文章就更多了，变化非常大。”

五、就想做一些“卡脖子”工程

中国的量子科研在发力、在壮大，对量子科学先发国家实现相应赛道赶超，而这些国家也没有闲着。

业内共知的情况是，墨子号上天后，对一些发达国家产生震动。最近两年，西方发达国家动作频频，美国有量子行动国家法案和国家量子行动计划，英国有量子发展蓝图，欧盟有量子旗舰计划。

有些发达国家声言，要把量子科学上的第一位次抢过去。

在这个形势下，有量子科研人员承认，面对其他国家的纷纷发力，如何继续保持相应的领先优势，他们抱有压力。

“我们以前是包容别人惯了，不敢带头做。现在量子科技进入无人区了，以后你要自己去做，没人带你了。”莫莫院士正带领团队展开一摊量子研究事业，在人才搭建和研究目标上，有着雄心勃勃的构想。他说他们的探索就是要定位长远，做出一系列具有诺贝尔奖级含金量的原创成果，迎难而上，“就想做一些我们被对手卡脖子的工程”。

在公开场合，莫莫院士就发展好量子科研，打破制约，提出了一揽子务虚与务实兼具的对策建议，诸如加强量子科技人才的培养、培训和储备；做好科普工作，让普通大众知道量子的基本原理，去高深化；加强大国工匠精神，把工程师队伍的地位真正提升上去等等。

在这一波你追我赶的过程中，是对彼此综合实力的检验。比如量子计算，采访对象介绍，这方面的研究涉及很多基础领域的能力，在基础材料厉害的一方，人力物力等条件到位，发展起来就很快。“有一些不是靠单个领域的科研能力，它需要整体的实力才能推动。”

六、加强探索和研究是有必要的

一个问题是，量子科学为什么会在最近几年那么受追逐和重视？

包括科学家在内，人们对量子科学有极大的潜力期望，一种较有代表性的说法是，当下人类正处在第二次量子革命之中。

在量子计算方面，有研究表明，一旦量子计算机研制成功，将会对目前的保密通信构成巨大威胁。目前的保密通信基于所谓的“大数分解”问题。据说，要解决这个“大数分解”问题，需要1000多台经典计算机联合工作、用时8个月或更长时间才能完成，而1台量子计算机仅需几秒钟就能完成。

而量子通信被认为是理论上绝对安全的通信手段，因为它是基于物理学基本原理，而不是基于数学复杂性。

与此同时，研究人员认为，量子技术还可以用到能源勘探、国防等诸多战略性的方面，效力无穷。

当然，这都还有待进一步的科学证实。

张智明教授向《后厂村7号》介绍，上述技术实现起来难度极大。他认为，量子基础研究和理论探索虽然没有问题，但不管是量子计算机还是量子通信，真正实现普及还是比较遥远的事情，因为量子效应非常脆弱且不稳定，极易受环境因素干扰。

虽然如此，但张智明也主张要加强研究和探索，当大家都想着试一把时，“一定要做，万一人家做出来了呢，我们不是更被动么？”

七、“天上独一家，地上最成熟”

在天地一体广域量子通信网络北京控制中心，一面墙上展示了中国的量子通信网络远景目标。

“现在正在建设的是国家量子保密通信骨干网一期工程，在京沪干线之后又有一个新的项目，就是要做一个北京到上海的环网，再把它延续到广州去，这几条线路正在建。其他的线路还在规划之中。”金西介绍，中国量子通信产业发展当下可以这样来概述，“天上的相当于是独一家，地上的产品它是最成熟的。”

“非常需要产业健康发展起来，为量子领域本就十分稀缺的专业人才提供舞台，只有不断的培养、建设强大的量子技术专家人才队伍，这样才能在未来量子时代具备很强的竞争力。现在就是处于产业孵化、努力往前走的一个阶段。”金西说道。

在天地一体量子通信网络的运营上，国科量子的角色类似于中国移动、中国联通一类基础网络运营商，怎么使量子通信网络像传统电信行业那样能实现产业化的规模发展，他们目前正为此进行从无到有的摸索和开拓。

2007年，郭光灿院士团队继三年前在北京、天津之间成功实现了125公里光纤点对点的量子密钥分配后，又利用自主创新的量子路由器，在北京网通公司商用通信网络上率先完成四用户量子密码通信网络的测试运行。吴令安参加了测试会。她注意到，媒体报道测试所产生的密码率，只有几个比特，身边朋友也对她说，这么几个比特，有什么用，这么慢？

量子科技进入无人区阶段后，与基础研究比拼相同步的，是优势国家之间在量子技术标准制定上的角力。

业界主体意识到，只有建立标准，未来量子通信产业发展才有足够生命力；而能不能主导标准制定，则是占据未来量子通信产业制高点的重中之重。

“任何新技术，从小规模的科学试验、实用化一直到大规模的应用，都需要标准支撑，特别是信息通信技术，通常是标准先行，然后设备商才能研制出彼此互通的设备，才有大规模的产业和服务。”国科量子专家金西说。

事实上，世界一些主要国家已经在量子通信领域的标准上纷纷发力。中国目前也在推进一系列量子保密通信技术标准化的制定。

2017年6月，中国通信标准协会专门成立量子通信与信息技术特设任务组（ST7），国科量子是其主席单位。中国联通、中国移动、中国电信、科大国盾、华为、中兴、阿里巴巴等产业链上的50余家企业会员也加入了这个任务组，参与标准制定工作。与此并行，全国信息安全标准化技术委员会和密码行业标准化技术委员会也开展了相关工作。

金西透露，大约在一年后，国内将会有相关的量子通信行业标准和国家标准发布，“我们现在有25项标准在编制，多项行业标准和国家标准即将进入送审阶段。”

与此同时，中国企业对于国际标准的推动，也在进行。

国科量子等企业目前正在国际标准化组织（ISO）、国际电信联盟（ITU）、国际电工委员会（IEC）等国际标准组织开展量子通信的标准化工作。

在国际标准化组织（ISO），中国方面牵头发起了“量子密钥分发安全要求与测评方法”国际标准立项提议，虽然遇到少数会员国家的反对，但得到20多个会员国家呈压倒性优势的票决支持，已经正式启动了编制工作。

而在联合国下属的国际电信联盟（ITU），他们于曲折中前行，也取得了相应的进展。

国科量子等中国机构加入ITU后，在该组织陆续启动了10项针对量子密钥分发网络技术的国际标准制定。国科量子等中国主体提议能够成立一个专门的量子焦点组，但在去年，因为某些国家的异议，这个提议遇阻。

“ITU有九百多个国家成员和部门成员，这个事需要各个国家达成共识才行，难度非常大。”金西说，“如果现场达不成共识，工作就没法往前走”。

主要反对方的理由是，目前的量子技术不成熟，标准化需求还不明确，但金西认为，这背后是反对方担心在核心标准领域丧失主导权。

主要反对方建议中国方面召开国际性的研讨会，对国际标准制定的需求及必要性进一步加以讨论明确。

今年6月，国科量子作为承办方之一，在上海召开了“ITU首届量子信息技术标准国际研讨会”，来自十多个国家的200多位与会代表就量子计算、量子通信、量子测量、量子信息技术标准化等专题进行了讨论和碰撞。

承办方透露，在会上，大家意识到目前标准化面临的挑战，希望构建全球性的开放、合作的共同平台以加强标准化工作，而这为中国方面后续推进量子焦点组的设立提供了良好的基础。

9月的最后一周，国科量子等中方主体前往日内瓦国际电信联盟，再一次提交成立标准焦点组的提案。

北京时间9月28日凌晨，人在日内瓦的金西在朋友圈中披露，经过长达一年的不懈努力，终于见证了ITU正式宣布成立面向网络的量子信息技术焦点组，将实行共同主席机制——中方主席由中国科技大学一位教授担任，美国、俄罗斯成为焦点组共同主席，他们尚未明确主席人选。

九、“也不要捧杀，也不要棒杀”

由部分引领走向更大的主导，目前还只是迈出第一步。

根据科学家们的讲解，事实是，当前量子科学的进展并不像外界想象的那么成熟和超前，人们没必要为此冲动过头。

“量子科技目前还是一个非常非常基础的阶段，”莫莫院士提到，美国有两院院士去年做了一个调研，结论是，除非出现颠覆性技术，未来可预见的20年之内，量子计算的实现是一个小概率事件。莫莫院士认同这个结论。据他看，现代社会通用的经典计算机（电脑）就发展了几十年，据此可知，量子计算不可能一蹴而就。

而在这个初级阶段，莫莫院士认为，要认清现实，和西方主要发达国家相比，“我们在硬件、软件方面就有很大的差距”，他吁称，“也不要捧杀，也不要棒杀，让科学家做自己的事情。”

莫莫院士对国内量子科技发展环境颇为关切，就他所见，对于量子科学工作，社会上不是冷嘲热讽的责备，就是到处热炒或过于热捧，以及业内主体之间的恶性竞争。他提出，行业主体尤其是科学家们要有责任和担当意识，“真的是要以国家的利益为重”。

莫莫院士眼见的不健康的扰攘现状，在业内可谓人所共知。

从1984年琅玡山会议走过来的一批量子科学家中，有人主张，随着国家经费大笔投入，量子科研工作需要“两弹一星”精神，应该脚踏实地做研究，去除华而不实、浮躁功利的风气。

“特别是那些拿大钱的大项目，到了这个层次了，还停留在只是发表文章，比论文的档次上面不太合适。”张智明说，“当然高水平论文也算成果，但拿那么多钱，你就不要光限于论文成果了，在实际应用方面，要有一些实实在在的东西了。”

据他讲，国内比论文、唯论文的现象比较普遍。他的感受是，这个领域中有些人调子唱得高大上，话说得冠冕堂皇，本质上，还是因为国家现在有了诸多帽子（指荣誉和项目），为此难免夸大自己的工作或产生拉关系的行为，以获取资源，“国内也许有点热的过度了，刹不住车了，有些人已经上了这个船了，只能往前走了，不能再往后退了”。

莫莫院士则用“路漫漫”来形容他们的量子科研工作，他看到年轻一代科研人员被激发的好奇心和科研激情，也鼓励年轻人要有二十年磨一剑的定力，要耐得住寂寞，把冷板凳坐下来，“现在没有人关注的领域，你要有本事把它做成将来大家都跟随你的一个领域。”他希望，国内的各方研究力量能够携手共进，应对挑战，“大家一块抱团把这个事情做好”。

知识就是力量杂志 2025-04-18 17:17:15

出品|网易科技《后厂村7号》栏目

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