每經記者：張蕊 每經編輯：陳旭
丁洪，中國科學院院士，上海交通大學李政道研究所副所長、講席教授，知名凝聚態(tài)物理學家。
他是美國物理學界第一位全職回國的正教授，回國的十幾年間，丁洪和他的團隊在量子材料和量子計算領域產出了多項具有國際重大影響力的原創(chuàng)性成果。
2015年，丁洪研究組在國際上首次在固體材料中發(fā)現(xiàn)外爾費米子，入選“物理評論”系列期刊125周年紀念論文集（共49項，其中34項獲諾貝爾獎）、中國科學院改革開放四十年40項標志性重大科技成果—“拓撲物態(tài)領域系列研究”、2015、2017和2018年中國科學十大進展/中國十大科技進展新聞等。
2024年11月，發(fā)展中國家科學院（TWAS）獎揭曉，丁洪被授予當年物理、天文和空間科學獎（共享），以表彰他對發(fā)現(xiàn)外爾費米子和固體中其他新型拓撲相關準粒子的開創(chuàng)性貢獻。
3月27日至31日，2025中關村論壇年會在京召開。年會期間，丁洪院士參加了量子科技創(chuàng)新發(fā)展論壇。論壇間隙，丁洪接受了《每日經濟新聞》（以下簡稱NBD）記者的采訪。
今年的政府工作報告提出，培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未來產業(yè)。在采訪中，對于量子計算的商業(yè)化進程、哪些行業(yè)將率先受益、量子計算機未來是否會取代家用電腦、量子計算和人工智能的結合會怎樣改變我們的生活等話題，丁洪院士進行了深入解讀。
量子計算的商業(yè)化可能需要10年到20年時間
NBD：您能不能通俗解釋一下什么是量子計算？
丁洪院士 每經記者 張蕊 攝
丁洪：量子計算與經典計算的主要區(qū)別在于其計算方式。經典計算采用二進制，比特的狀態(tài)只能是0或1，輸入和輸出都是固定的。
而量子計算則基于量子比特，其狀態(tài)是0和1的疊加，具有不確定性，輸入輸出都不固定。一個量子比特可以同時代表兩種信息，兩個量子比特可以代表四種信息，以此類推。
例如，50個量子比特就代表2的50次方種可能性，它在理想狀態(tài)下運算1次就相當于經典計算運算100萬億次。這種并行計算的能力使得量子計算在處理大規(guī)模數(shù)據時具有巨大的優(yōu)勢，其計算效率遠超經典計算。
NBD：谷歌量子部門負責人表示，谷歌計劃在5年內發(fā)布商業(yè)量子計算應用。對此您怎么看？您覺得量子計算5年內會實現(xiàn)商業(yè)化嗎？
丁洪：我其實是比較樂觀的，但是量子計算的商業(yè)化進程不會一蹴而就，而是一個逐步推進的過程。從一些非常小的領域開始，逐漸拓展其應用范圍。樂觀地看，量子計算的商業(yè)化可能需要10~20年的時間。
量子計算機的發(fā)展與經典計算機的發(fā)展歷程類似，從1946年第一臺電子計算機的誕生到20世紀80年代和90年代計算機的廣泛應用，中間也經歷了40多年的發(fā)展。而量子計算機的發(fā)展難度更大，盡管科技進步的速度在加快，但量子計算的難度依然非常大。有人甚至開玩笑說，是量子計算機先造成，還是太陽燃燒殆盡？因此也有人對量子計算的未來持悲觀態(tài)度，認為其可能無法實現(xiàn)，這也是有可能的。
量子計算機應該不會取代家用電腦
NBD：一旦量子計算實現(xiàn)商業(yè)化，您覺得哪些行業(yè)會率先受益呢？
丁洪：量子科技的應用前景廣闊，其中一些行業(yè)有望率先受益。
首先，最先受益的應該是量子精密測量領域。例如，量子技術在時鐘精度的提升上具有重要作用，這將極大地提高定位的準確性。此外，量子技術還可用于預防性心臟病的檢測等領域。
其次是量子加密，即量子通信，已經展現(xiàn)出巨大的潛力。我國潘建偉院士在這一領域就做到了世界領先地位。現(xiàn)在，量子加密手機等產品已經問世，量子加密耳機等設備也已投入應用，兩個人戴著耳機就可以實現(xiàn)加密溝通。這些都涉及量子加密。
隨著量子計算技術的進一步發(fā)展，如果量子糾錯做得好的話，首先也可能用到密碼破譯方面，用來解密密碼。另外，在一些復雜化學反應模擬、藥物篩選與發(fā)現(xiàn)等方面也將發(fā)揮重要作用，加速其發(fā)展。
未來，量子計算與人工智能的結合將帶來顛覆性的變革，推動多個行業(yè)的快速發(fā)展。我曾經說，有幾個可以改變未來的終極產業(yè)，除了量子計算，另外一個就是核聚變。
NBD：您覺得量子計算機未來會取代家用電腦嗎？
丁洪：我認為量子計算機并不會取代家用電腦，而是與經典計算機并行存在。
量子計算與經典計算的模式和應用場景存在顯著差異。經典計算是線性的，逐步進行計算，每一步都做得很快；而量子計算則是利用量子疊加態(tài)，并不需要每一步都做得很快，它是所有的步驟一起來做，它天然對并行計算有利，能夠同時處理多個計算任務。
NBD：那我們普通人有可能會用上量子計算機嗎？
丁洪：這是有可能的，因為有很多問題使用量子計算是很合適的。比如，微觀世界就是個量子的微觀世界，量子計算在處理微觀世界的問題時具有天然的優(yōu)勢，例如模擬化學反應等。經典計算機在處理這些問題時可能會遇到巨大困難，甚至無法完成。二者是不同的，經典世界和量子世界存在很大區(qū)別。
有人說，半導體是傳奇的過去，人工智能是生機蓬勃的現(xiàn)在，量子計算是不可避免的未來。所以它是一個未來，我相信它總會到來的，也希望它盡快到來。
近期中國科學技術大學有關團隊成功構建105比特超導量子計算原型機“祖沖之三號”，再次打破超導體系量子計算優(yōu)越性世界紀錄 圖片來源：新華社
量子計算會對人工智能的發(fā)展產生顯著提升
NBD：您剛剛也提到人工智能，您覺得量子計算和人工智能的結合會怎樣改變我們的生活？
丁洪：量子計算與人工智能的結合將在多個方面推動社會的進步。
量子計算肯定會對人工智能的發(fā)展產生顯著的提升作用。因為人工智能面對的是巨量的數(shù)據，它需要很快的算力、很優(yōu)越的算法，所以量子計算在某些方面肯定會顯著提升人工智能的算力，加速其演算過程。
同時，人工智能也可以為量子計算提供支持，例如幫助尋找適合量子計算機的材料和途徑。如果將人腦、人工智能腦和量子腦這不同的三者相結合，可能會對人類文明的發(fā)展產生巨大的推動作用。
NBD：量子計算的算力真的會出現(xiàn)上億倍的增長嗎？
丁洪：量子計算的算力確實具有指數(shù)級增長的潛力。量子計算利用量子疊加態(tài)，能夠實現(xiàn)并行計算。
例如，50個量子比特可以實現(xiàn)2的50次計算。每增加一個量子比特，算力就會翻倍。這種指數(shù)級增長的速度非常驚人，所以一旦量子計算機的算力超過經典計算機，其在速度方面的優(yōu)勢將無法比擬。
然而，量子計算也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，其中最大的問題是量子比特的穩(wěn)定性。量子比特非常脆弱，容易受到外界干擾，導致計算錯誤。
目前，我們尚未找到完全避免量子比特出錯的方法，但相關研究正在不斷推進。當然，我現(xiàn)在從事的拓撲量子計算如果能實現(xiàn)，那就能從原理上避免出錯，大幅降低出錯率。如果能夠實現(xiàn)量子計算的穩(wěn)定運行，這對人類社會的貢獻將是巨大的。
量子計算有望在準確預測藥物效果方面取得突破
NBD：如果量子計算的算力真能實現(xiàn)上億倍增長，您最希望它能解決我們人類面對的什么難題？
丁洪：量子計算在解決復雜計算問題方面具有巨大的潛力。例如，在新藥研發(fā)領域，目前的計算方法難以準確預測藥物的效果，但量子計算有望在這方面取得突破。
另外，在天氣預報方面，量子計算與人工智能的結合將極大地提高天氣預報的準確性，能更好地模擬和預測自然現(xiàn)象，從而為人類社會提供更準確的預警和決策支持。
量子計算算力的大幅提升，對于人工智能的推動作用是巨大的，借助這種強大的算力，AI的智慧有可能超過人類，由此可以幫人做很多事情，并推動科學研究的深入發(fā)展。
比如它可以幫人做科研、科學發(fā)現(xiàn)，甚至做物理學家、數(shù)學家和化學家等等，可以進行更復雜的計算和研究，一旦會做，會比人做得更好。一旦量子計算與人工智能的結合取得成功，整個地球文明將邁向一個全新的高度。這里我說的是地球文明，不是說人類文明，因為超級AI來臨后，非人類的文明也可以出現(xiàn)。
NBD：現(xiàn)在量子計算有不同的技術路徑，包括超導量子電路以及您剛才提到的拓撲量子計算等等，不同的技術路徑是并行的嗎？
丁洪：對，目前量子計算存在多種技術路徑。從簡單的分類來看，一種是拓撲保護的量子計算，另一種是非拓撲保護的量子計算，后者需要通過糾錯來保證計算的準確性。非拓撲保護的量子計算技術路徑眾多，比如超導量子計算、中性原子量子計算、離子阱量子計算、光量子計算等等。這些技術路徑都面臨著量子比特出錯的問題，其中超導和中性原子計算的進展比較快。
相比之下，拓撲保護的量子計算被認為是一種理論上不易出錯的技術路徑，但目前尚未實現(xiàn)完全的拓撲量子計算。
拓撲量子計算最近出現(xiàn)新的進展。美國微軟公司2月19日宣布推出全球首款基于拓撲量子比特的量子處理器“馬約拉納1號”，聲稱“標志著向實用量子計算邁出了變革性的一步”。但業(yè)界對此仍存在較大爭議。
這款量子處理器在工藝上面的推動作用非常大，投入也非常大，因為該團隊已經花了將近20年來做這個事情，一旦實現(xiàn)突破，就有可能成為實用量子計算機的晶體管，所以還是未來可期。
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