陆朝阳：量子物理满足了我对科学研究所有的幻想

科技武林门

2026-05-15 15:14 ·浙江 · 浙江省科学技术协会官方网易号

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中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳团队研制的新一代光量子计算原型机“九章四号”5月13日在《自然》杂志发表。研究团队估算，若用目前全球最快的超级计算机El Capitan模拟其在25微秒内的输出，需耗时逾1042年，超出当前估算宇宙年龄32个数量级。

从爱因斯坦对量子纠缠的“幽灵”之问，到“九章”“祖冲之号”等量子计算原型机接连刷新世界纪录，量子科技正实现从理论猜想走向工程应用的历史性跨越。作为新一轮科技革命与产业变革的战略制高点，量子领域的基础突破与技术创新，正全面重塑计算、通信、感知与智能的边界，引领数字文明加速迈向量子时代。

今日，我们与您共同走进国家科技传播中心学术发展讲堂，听听量子物理学家陆朝阳如何洞见量子技术的未来→

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人物简介

陆朝阳，1982年11月出生于浙江东阳，量子物理学家，中国科学技术大学讲席教授、世界青年科学家联合会理事长。长期致力于面向实用化的量子信息技术研究。

从第一次量子革命到第二次量子革命

量子力学诞生已有百余年，推动了两次重要的技术变革。第一次量子革命催生了晶体管、激光、互联网、核磁共振、LED等关键技术，深度融入现代生产生活。一部普通手机便集成了CCD、锂电池、巨磁阻、石墨烯、晶体管等多项诺奖级量子相关成果，改变了人类的生活与技术应用形态。1947年贝尔实验室诞生的初代晶体管，历经数十年进步，成为如今手机中数十到数百亿个核心器件，这正是第一次量子革命的标志性成果。

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手机中包含的诺贝尔奖

如今，量子计算成为第二次量子革命的核心组成部分，不仅是国家战略重点布局领域，更成为全球科技博弈的焦点。欧洲、美国从国家层面到谷歌、IBM、微软、英特尔、英伟达等全球知名科技公司，均加大了量子计算研发投入。近年来，我国在量子科技领域的快速突破，更是引起全球关注。

量子世界的底层逻辑：

颠覆经典认知的科学规律

量子的概念指的是物质与能量离散化的基本单元，光的最小量子单元是光子，一个40瓦灯泡每秒可释放万亿亿个光子；组成人体与万物的原子、分子，尺寸比纳米还要小10至100倍，微观尺度下的量子世界，遵循着与宏观世界截然不同的规律。

经典世界的运动规律演示

量子相干叠加原理是量子计算的理论基础。单电子双缝干涉实验直观证明：无观测时，单个电子可同时通过两条狭缝，实现“自己与自己干涉”，呈现多条干涉条纹；量子比特可同时处于0和1的叠加态，如同孙悟空的分身术，打破经典计算机“非0即1”的信息逻辑。经典计算机需逐个计算，量子寄存器可同时存储所有状态并一次性完成计算，再通过特定的算法设计实现量子干涉读出结果。

量子比特的相干叠加态演示

量子测量中的塌缩效应表明：观测行为本身会影响量子态。不观测时，粒子处于“同时通过两条缝”的叠加态，呈现干涉条纹；一旦观测，粒子被迫“选择”其中一条路径，塌缩为经典结果，干涉条纹随之消失。

爱因斯坦不愿相信这是量子世界的本质规律，于是试图设计一个“最小干扰”的思想实验——用一个极其灵敏的弹簧吊着狭缝，想在不干扰粒子的情况下检测它从哪条路径过去。中国科学技术大学去年的实验成功地用一个单原子检测到了一个光子的微小动量变化，即8×10-28千克·米/秒，在量子极限层面验证了玻尔的互补性原理。

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单原子实现反冲狭缝思想实验终结爱因斯坦与玻尔世纪之辩

1935年，薛定谔提出“薛定谔的猫”思想实验，将量子叠加拓展至宏观物体，进一步引发学界思考，并和爱因斯坦等人独立催生出量子纠缠这一关键概念：两个纠缠粒子无论相距多远，都存在超时空关联。

量子纠缠演示

我国物理学家吴健雄率先在实验中实现量子纠缠。基于量子纠缠的量子隐形传态，可实现量子态的远距离传输，中国科学技术大学科学家实现的多自由度量子隐形传态，曾入选《Physics World》全球物理学年度突破，为量子计算与量子通信奠定了技术基础。

九章”系列突破：

中国光量子计算的跨越

物理学家费曼早在1959年和1981年便提出构想：在量子层面构建新型计算装置。2015年前后，摩尔定律放缓，晶体管尺寸逼近量子尺度，经典算力遭遇瓶颈——费曼的构想由此成为量子计算探索之路的起点。

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70年来晶体管尺寸变化和发展

谷歌耗资10亿美元研发了53比特超导量子计算芯片“悬铃木”，宣称200秒可完成超算一万年的工作量，但中国科学技术大学和上海人工智能实验室的经典算法已将该任务耗时压缩至17秒，并且能耗低15倍，打破了其量子优越性宣称。

在此背景下，我国的自主光量子计算路线攻克了量子光源、量子线路、单光子探测三大核心难题。我国团队突破高质量高效率单光子源、高精度锁相、多光子干涉等关键技术，集齐量子计算核心技术“龙珠”，接连实现重大突破：2020年底“九章一号”实现76个光子操控；半年后“九章二号”突破100个光子；2023年“九章三号”达到255个光子；目前“九章四号”已完成3000多光子实验，25微秒即可解决超算需要1042年才能完成的高斯玻色取样任务。“九章”系列成果十余次入选联合国教科文组织、美国物理学会、德国Falling Walls等机构年度十大进展，处于国际领先水平，引发美国、加拿大、德国等科学家跟进研究。

陆朝阳讲解光量子信息领域发展

同时，我国在中性原子量子计算领域也取得关键进展：两比特门保真度达到99.8%的国际水平，实现2000多个物理比特的规模化操控，为通用量子计算积累了技术基础。

量子计算的战略价值：

Q-day（量子日）与密码安全

量子计算最核心的战略价值，在于对全球密码体系的颠覆性影响。陆朝阳表示，一旦大规模容错量子计算机问世，现有公钥RSA（公钥加密算法）和椭圆加密算法将被彻底破解，直接动摇金融、政府通信、区块链甚至部分军事网络的安全根基。目前，多国情报机构已开始“先存储密文、后量子破解”，提前拦截存储数据，等待量子技术成熟后解密。

根据对全球50多位量子计算专家调查显示，约十年后出现可破解RSA（公钥加密算法）的量子计算机的概率约为50%，相关预测时间不断提前。破解所需物理比特资源不断缩减：从最初的10亿个逐步减少，最新研究甚至提出仅需1万个。我个人预测，破解椭圆加密算法约需7年，破解RSA算法约需10年。

当前量子计算发展的核心挑战不在比特数量，而在比特质量。即便两比特门保真度达到99.8%，经过多比特、多层逻辑门运算后，量子态保真度会出现指数级衰减。谷歌等团队已通过量子纠错实现了指数级错误率压制，我国在中性原子量子纠错、高保真度比特操控上也取得了突破，逐步向容错通用量子计算稳步迈进。

产业发展需保持理性，坚守核心方向

当前量子计算基础研究快速发展，然而市场上出现了量子速读、量子水、量子鞋垫等伪量子概念产品，部分量子计算初创企业在量子应用方面夸大宣传，宣称量子产品已可应用于人工智能、金融、医疗等领域，这些宣称目前还没有严谨的学术证明。目前，量子计算仍处于专用化发展初期，仅能解决特定数学问题，过度炒作与资本盲目入局会导致产业泡沫化，破坏健康生态。

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量子计算发展趋势

量子计算发展的核心战略价值，一是保障国家密码安全，应对量子破解带来的安全挑战；二是开展强关联多体物理系统的量子模拟，服务基础科研与产业升级。产业界应聚焦核心技术攻关，构建基础研究、技术攻关、成果转化的良性生态，摒弃短期功利主义和虚假宣传。

人工智能赋能量子科技已成为重要方向。中国科学技术大学和上海人工智能实验室首次利用AI实现了中性原子量子计算的常数时间重排，无论比特数量多少，重排时间都保持恒定，该成果入选国际物理学年度进展，为量子计算规模化发展提供全新技术路径。

青年人才是量子科技发展的核心支撑

我在大学时也很迷茫，尝试了各种各样的专业，后来听了潘建伟教授的科普报告，其展示的量子物理发展前景，满足了我对科学研究所有的幻想，才选择了这个学科。科学研究我们经常说要顶天立地，像量子物理，可以拓展人类对物理学、对大自然认知的边界，所以它是顶天；同时，我们可以看到量子计算又有很多实际的落地应用，所以就是立地。

中国拥有世界上最大规模、最高素质的青年科研人才和工程人才，是我们参与国际竞争的坚实底气。“九章一号”研发主力为90后、95后，“九章二号”“九章三号”以95后、00后为主，“九章四号”已由00后科研人员主导。未来量子计算大规模应用要依靠年轻的10后、20后在座听众甚至更小的一代。

2000年初时，大家觉得量子计算很科幻，需要50年才能发展起来，但是我们往往会高估未来一年能做的事，低估未来十年能做的事。2015年我们获得国家自然科学一等奖时，做到了8个光子的水平，当时有记者问，再过五年你们能做到什么水平？我们当时壮着胆子、鼓起勇气说希望能做到20个光子，但是2020年做到了100个，现在又做到了3000个。量子计算目前也处于加速发展态势，我们也都越来越有信心。