近日(ri)，在王府井书店四层读者阅读区内，举行了一场以(yi)量子计算为主题的科普(pu)讲座。主讲嘉宾中(zhong)国科学院(yuan)计算技术研究所研究员、量子计算与算法理论实验(yan)室主任孙晓(xiao)明，向公众(zhong)讲解量子计算的相关(guan)内容，并为听众(zhong)答疑解惑。
作(zuo)为深(shen)耕量子计算领(ling)域20多年的一线科研人员，孙晓(xiao)明向公众(zhong)普(pu)及了量子计算的基础知识、发展(zhan)历史，并讲述(shu)了量子计算的应用场景和未来发展(zhan)展(zhan)望。
揭开量子计算神秘面纱一角
前几年有个网(wang)络流行语“遇(yu)事不决(jue)，量子力(li)学”。这是一句调侃，指的是当事情中(zhong)有说不通的部分(fen)时，利用一些高大上的科学理论比如(ru)量子力(li)学来强行解释，给人一种虽然搞不懂(dong)，但又很厉(li)害的感觉。这句调侃语与诺贝尔物理学奖得主费曼所说的“没人能(neng)够真正理解量子力(li)学”不谋而合。2022年诺贝尔物理学奖同样授予(yu)了三位研究量子物理的科学家。量子计算是量子信(xin)息科学的一个研究方面，而另外两个研究方面分(fen)别是量子通信(xin)和量子精密测(ce)量。
在介(jie)绍(shao)量子计算前，孙晓(xiao)明先向大家解释了量子：“《科普(pu)中(zhong)国》上关(guan)于量子的明确定义，即一个物理量如(ru)果存(cun)在最小的不可分(fen)割的基本单位，则这个物理量是量子化的，最小单位被称为量子。”
“量子计算利用量子力(li)学的基本原理，把(ba)量子叠加(jia)、量子纠缠等特性用起来，从而提升(sheng)计算效率。目前，它在一些特定计算问(wen)题上已(yi)经展(zhan)现出了超越经典计算机的强大计算潜力(li)。”
孙晓(xiao)明随即举例说明，“经典计算只有0和1两个比特，它本来是不相关(guan)的，但是如(ru)果我(wo)们画一个直角坐(zuo)标系，把(ba)0当做x轴，把(ba)1当做y轴，那(na)么在这个直角坐(zuo)标系里，除了0和1，它还包含(han)很多的点。”量子力(li)学的基本假设是，这里面几乎所有其他点都是一个合法的量子态(tai)。
经典计算机采用0和1的二进制计算，而量子的计算单元可以(yi)同时既是0又是1，经典计算机一次只能(neng)尝试一条路径，而利用量子力(li)学特性的全新计算模型可以(yi)一次探索多条路径。前不久潘建伟院(yuan)士(shi)在“世界量子日(ri)”发表(biao)的《百年量子，量子信(xin)息方兴未艾》一文(wen)中(zhong)也提到，量子计算提供了一种从根本上实现并行计算的思路，具备极(ji)大的超越经典计算机运算能(neng)力(li)的潜力(li)。
大咖(ka)分(fen)享量子计算未来趋势
严谨、谦逊(xun)，是孙晓(xiao)明留给观众(zhong)的第一印象。尽管已(yi)深(shen)耕量子计算领(ling)域二十载，甫一开场，孙晓(xiao)明第一句话便是“我(wo)个人对量子计算的认知可能(neng)不一定很全面，或者说有一些也不一定很准确，有不当的地方还请大家批评指正”。
孙晓(xiao)明曾凭(ping)借在解决(jue)量子算法复杂性和密码协议复杂性中(zhong)的理论难题等方面的贡献，荣获2021年度王选杰(jie)出青年学者奖。“王选杰(jie)出青年学者奖”是由北京大学、中(zhong)国计算机学会和中(zhong)国工业与应用数学学会每年联合评选出在计算机和应用数学领(ling)域中(zhong)自主创(chuang)新和应用成果极(ji)为突出的杰(jie)出青年学者，两个领(ling)域分(fen)别仅有一个获奖名额(e)。
讲座中(zhong)，孙晓(xiao)明向公众(zhong)推荐了《量子计算与量子信(xin)息》这本书，他介(jie)绍(shao)说这是他和5位同行一起，花了3年时间翻译的。该(gai)书英文(wen)版系统(tong)全面地介(jie)绍(shao)了量子计算和量子信(xin)息领(ling)域的基本概念和原理、核(he)心思想和技术，是量子信(xin)息领(ling)域及物理领(ling)域被引用次数最高的图书之一。这本书是全球许多高校量子计算课程的教材，也非常适合对量子计算和量子信(xin)息感兴趣的学习者阅读。
量子计算是一个新兴的、不断快速发展(zhan)的领(ling)域。除了量子算法、量子网(wang)络、量子AI、量子编程语言，现在还有量子货币、量子存(cun)储、量子模拟等。事实上，就像“地理大发现”一样，量子计算研究领(ling)域也非常广阔，而且几乎所有重要(yao)的问(wen)题答案就是未知的，发展(zhan)潜力(li)非常巨(ju)大。
整场讲座，孙晓(xiao)明从量子计算的数学模型与基本原理入手，详细介(jie)绍(shao)了量子计算的发展(zhan)历史、近期各国取得的一些重要(yao)研究进展(zhan)，以(yi)及量子计算的一些潜在应用场景，例如(ru)量子化学模拟、组合优化、交通优化、图像识别的精确性提升(sheng)和金融算法方面的优化。但他一再强调，这些都需要(yao)结合算法的突破(po)来实现。“比如(ru)量子计算机的‘加(jia)速’，并不是说造出来的量子计算机硬件(jian)比经典计算机速度快。目前像Shor算法、Grover算法这些我(wo)们能(neng)够看(kan)见理论上实现加(jia)速的，都是因为背后(hou)有算法在支撑。所以(yi)想要(yao)在（量子计算机）或者其他潜在领(ling)域发挥出量子计算的优势来，还需要(yao)有算法上的一些突破(po)。”
我(wo)国量子计算事业成就斐然
作(zuo)为一名专业的研究员，孙晓(xiao)明在科普(pu)“量子计算”时表(biao)述(shu)十分(fen)严谨，但他对于量子计算的发展(zhan)前景持积极(ji)乐观态(tai)度，“大约5年前，图灵奖得主姚期智教授曾经在演讲中(zhong)提到，他认为计算机领(ling)域下一个革命性的方向，在软(ruan)件(jian)方面是人工智能(neng)，在硬件(jian)方面是量子计算。”孙晓(xiao)明认为，人工智能(neng)在过去的两三年，特别是过去一年间取得了非常重大的突破(po)。事实上，量子计算领(ling)域过去5年间也有飞速的发展(zhan)，比如(ru)我(wo)国中(zhong)科大的潘建伟院(yuan)士(shi)带领(ling)的团(tuan)队在超导量子计算方向取得了重大突破(po)。
据报道(dao)，潘建伟院(yuan)士(shi)带领(ling)的团(tuan)队在2021年5月成功构建了62超导量子比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲(chong)之号”，并在该(gai)系统(tong)上成功进行了二维可编程量子行走的演示；2021年10月，构建了66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲(chong)之二号”，实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解，求解速度比富(fu)岳号超级计算机快1000万倍(bei)以(yi)上。在光量子体系，255光子的“九章三号”成功研制，计算能(neng)力(li)刷新世界纪(ji)录，实现了“量子计算优越性”。
“我(wo)国量子计算领(ling)域在国际上处于第一梯队。”孙晓(xiao)明平静地说，同时他补充说，我(wo)国在量子计算领(ling)域已(yi)经做出了许多努力(li)，但目前仍(reng)然无法很精确地预测(ce)量子计算何时能(neng)够像人工智能(neng)一样走入我(wo)们的生活，因为前沿性研究具有不确定性和未知性。他进一步补充道(dao)：“所以(yi)只有我(wo)们大家齐心协力(li)，不断地去努力(li)探索，那(na)么才可能(neng)会看(kan)到量子计算真正进入人们生活的那(na)一天。”
科普(pu)讲座现场观众(zhong)互动热烈
量子计算作(zuo)为物理学中(zhong)一个专业性强、理论逻(luo)辑复杂的领(ling)域，面向公众(zhong)科普(pu)工作(zuo)存(cun)在一定的难度，孙晓(xiao)明将其中(zhong)繁(fan)杂的数学模型简化，以(yi)通俗易(yi)懂(dong)的方式呈现，并辅以(yi)具体案例。讲座现场以(yi)成年人居多，也有背着书包带着笔记本的小观众(zhong)。在答疑互动环节(jie)，孙晓(xiao)明一再肯定听众(zhong)提问(wen)的高质量，并耐心地回答每一个问(wen)题。
带着笔记本前来的小观众(zhong)提问(wen)“量子不是一个实质存(cun)在的物吗？”孙晓(xiao)明回答说，量子代表(biao)的是一种不可再分(fen)的最小单位，而所谓最小单位“不是在形态(tai)上，而是在物理量上的最小的单位”，“我(wo)们以(yi)前认为牛顿定律是支配(pei)着整个世界的规律，但是有了相对论之后(hou)，我(wo)们发现牛顿定律可能(neng)并不是支配(pei)整个世界最精确的规律。但我(wo)们在现实世界其实很难看(kan)到相对论效应，因为通常物体的运动速度远低于光速。相对来说量子效应也是一样，在现实中(zhong)宏观尺度下，量子效应也是很难被看(kan)到的。”
有位听众(zhong)询问(wen)孙晓(xiao)明对当下流行的“量子纠缠”的看(kan)法，孙晓(xiao)明说：“我(wo)们经常会打这样的比喻，就是说两个人心有灵犀，不管距离(li)有多远，他们彼此之间似(si)乎有一种心灵感应。在物理学中(zhong)，这指的是一个粒子呈现出某(mou)种状态(tai)，譬如(ru)电子自旋(xuan)朝上，那(na)么另一个电子自旋(xuan)也是朝上的。当然这件(jian)事情听上去很不可思议，但是事实上物理学家已(yi)经从实验(yan)上去证(zheng)实了这一点。去年诺贝尔物理学奖的获奖工作(zuo)就是从实验(yan)上验(yan)证(zheng)了量子力(li)学违背贝尔不等式的结论。”同时，他也表(biao)示“整个量子理论体系还存(cun)在着可以(yi)进一步完善的地方”。
最后(hou)，关(guan)于听众(zhong)提出的AI和量子计算如(ru)何结合的问(wen)题，孙晓(xiao)明告诉读者，目前确实有人工智能(neng)的一个子方向叫量子机器学习，“我(wo)个人觉得它可以(yi)跟机器学习有很好的结合，但是量子计算跟大模型，特别是大语言模型，是不一样的。现在大语言模型基本上是生成一个序列(lie)，某(mou)种意义上它像一个串行的计算，而量子擅长的是并行的事情，它对神经网(wang)络可能(neng)可以(yi)做一些优化，但是在这种大语言模型上可能(neng)不一定擅长，至少从我(wo)个人来看(kan)，现在还没有找到很好的点去将二者结合。”
此次活动面向公众(zhong)，参与活动的一名中(zhong)学生表(biao)示，老师讲得“很给力(li)”，他说：“我(wo)们老师说量子力(li)学比较复杂，但我(wo)喜欢，就想来听听。”他向记者展(zhan)示了自己的笔记，这名中(zhong)学生是由父亲(qin)陪同而来的，他的父亲(qin)在一旁补充说：“讲座很有意思。本来我(wo)对量子物理领(ling)域一窍不通，但是现在觉得量子物理很厉(li)害，我(wo)想这个领(ling)域前景一定很好。”文(wen)/刘晨摄影/刘汉
活动简介(jie)
“科技耀京城”系列(lie)讲座是由北京市科学技术协会主办，北京青年报社承办的科学文(wen)化传播活动。每场活动会走进一家书店，邀请一位科学界专家学者，介(jie)绍(shao)一个前沿科学领(ling)域，展(zhan)现一项国家科技成就，完成一次科学精神的传递(di)。
近年来，随着量子科技的不断发展(zhan)，推动了诸如(ru)原子能(neng)、激(ji)光技术、超导材料、全球卫星定位系统(tong)等众(zhong)多技术的发明与进步。量子产业正在开辟未来产业“新赛道(dao)”，推动新质生产力(li)的快速发展(zhan)。为了让公众(zhong)了解量子科技，本次讲座我(wo)们邀请了中(zhong)国科学院(yuan)计算技术研究所研究员孙晓(xiao)明为公众(zhong)揭开量子计算的神秘面纱。
主讲嘉宾
孙晓(xiao)明，中(zhong)国科学院(yuan)计算技术研究所研究员，量子计算与算法理论实验(yan)室主任，国家杰(jie)出青年科学基金获得者。主要(yao)研究领(ling)域为算法与计算复杂性、量子计算等，曾获王选杰(jie)出青年学者奖等。
书店介(jie)绍(shao)
王府井书店隶属北京发行集团(tuan)，成立于1949年2月10日(ri)，被广大读者誉(yu)为“共和国第一店”。
书店除了经营图书、文(wen)化用品、文(wen)创(chuang)商品等，还为读者搭建了好的阅读场景，一层开辟了中(zhong)轴线文(wen)化专区。三层有“怀中(zhong)读·阅童馆”，营造了一个家长与孩(hai)子共同阅读的场景，通过共读，为父母创(chuang)造与孩(hai)子沟通的机会，分(fen)享读书的感动和乐趣。六层设有与北京市东城区图书馆联合创(chuang)办的“馆店结合”模式的“王府井图书馆”，为市民(min)对于阅读体验(yan)的享受提供空间与优质服务，平均每月图书借阅册数近5000册，实现读者既可以(yi)在书店“购书”，又可以(yi)“借书”的阅读体验(yan)。
（北京青年报）