（来源：DeepTech深科技）
9 月 20 日至 21 日，以“下一代物理智能前沿”为主题的 PAIR Conference 2026 在上海举行。会议由上海物理智能与机器人研究院举办，大会邀请来自高校、科研机构及产业界的多位专家学者参与，围绕下一代智算系统、下一代智能载体、下一代科学发现和下一代计算范式等方向展开讨论。
其中，“下一代计算范式”专题从量子计算的发展路径出发，交流算法、硬件和系统的最新探索，并讨论量子计算与人工智能如何相互促进。在 9 月 21 日下午的专题论坛上，中国科学院院士、深圳国际量子研究院院长俞大鹏以《量子计算技术前沿与产业发展趋势》为题发表主旨演讲，介绍了量子力学的发展历程、量子计算面临的机遇与挑战，以及深圳团队近年来的研究进展。
俞大鹏长期从事凝聚态物理等领域的研究，近年来推动深圳在固态量子计算和相关科学仪器方面的科研布局。
在此次演讲中，俞大鹏将当前量子计算发展的驱动力归纳为三个方面：传统算力技术面临物理限制、量子力学本身仍需要继续发展，以及人类操控微观量子态的能力显著提升。
不过，他也指出，目前的量子计算机仍然很弱，尚不能提供可靠的大规模实用算力。高错误率、量子纠错和系统规模化等问题，仍是量子计算发展的重要障碍。围绕这些难题，他介绍了深圳团队在量子纠错、模块化互联、硅基量子计算和关键科研仪器等方向的进展。
对于近两年量子产业的快速升温，俞大鹏认为，新兴产业的发展难免伴随泡沫，但泡沫不能太多。量子计算企业需要一流科学家、关键技术和科研装备的支撑，不能脱离真实的科研能力谈产业发展。
以下为俞大鹏的演讲内容，经编辑整理。
第一次量子革命成就了现代信息技术
今天我想先花一点时间介绍量子力学是如何建立起来的。因为目前大部分社会公众对量子还不是那么了解，而量子力学的建立，本身就是人类向微观世界探索的必然结果。
人类对自然的认识是一个循序渐进的过程。对于看得见、摸得着、能够依靠日常经验理解的宏观世界，人类大概花了 500 年时间，才形成今天包括光、电、热、力、磁以及天文地理在内的经典科学体系。
在这一过程中，科学仪器发挥了极其重要的作用。我们从小就知道牛顿三大定律，但很多人可能不知道，牛顿在光谱方面的研究，对于后来宇宙学和量子力学的发展同样具有重要意义。例如，科学家通过对天体光谱的长期观测，逐渐认识到宇宙的膨胀，并最终建立起宇宙大爆炸理论。
那么，自然界究竟是由什么组成的？中国古代有金木水火土的观念，庄子也曾提出“一尺之棰，日取其半，万世不竭”，实际上是在思考物质能否无限分割的问题。
盖高楼大厦需要砖头，宇宙万物也应该有最基本的组成单元。这些构成物质的“砖头”究竟是什么？在向微观世界探索的过程中，一批年轻科学家不迷信权威，大胆提出猜想，在不到 20 年的时间里建立了一套全新的科学理论，并用一系列数学公式描述自然规律。
这就是量子力学。它所揭示的规律非常反直觉，很多现象无法用日常经验来理解，但这些规律不以人的意志为转移。量子力学建立以后，一些科学家曾试图把它重新纳入经典物理的解释框架，但最终没有成功。
图｜俞大鹏位于 PAIR 活动现场（来源：PAIR）
光谱学在量子力学的建立过程中发挥了重要作用。早在 19 世纪，科学家就已经积累了大量原子光谱数据。比如氢原子的光谱，并不是连续分布的，而是由一条条离散的谱线组成。当时人们能够测量这些谱线，也总结出了巴耳末公式等经验规律，却不知道它们为什么会这样排列。
后来，玻尔提出量子化的原子模型，薛定谔提出波动方程。这些理论最初都是非常大胆的猜想，但它们能够解释氢原子的光谱，这就有了坚实的实验依据。直到今天，中性原子、离子阱等量子计算技术，仍然需要利用激光和量子光学技术控制量子态。科学仪器在人类认识宏观世界和微观世界的过程中，始终发挥着重要作用。
实际上，我们的眼睛有时候会欺骗我们。比如手机屏幕，肉眼看上去是一幅连续的图像，但放大以后就会发现，它由一个个像素点组成。微观世界也存在类似的基本组成单元。空气、水、木头、硅片和金刚石，看起来都是连续的物质，但如果放大几百万倍、上千万倍，就会发现它们由一个个原子构成。
继续向微观世界探索，还能发现电子、光子、夸克、胶子等基本粒子，以及它们之间的相互作用。正是这些微观粒子和相互作用，构成了原子、分子以及我们看到的各种物质。老子讲“道生一，一生二，二生三，三生万物”，宇宙万物就是由基本的组成单元，在各种相互作用下形成的。
所以，我的第一个观点是：万物皆可量子。量子力学是认识物质微观运动规律的基础。我们如果总是用传统经验理解量子世界，就很容易陷入困惑。能不能理解量子力学，与学文科还是理科没有必然关系，更重要的是能不能接受一种不同于日常经验的世界观。
那么，我们今天的科学技术已经这么发达，为什么还要发展量子计算？
实际上，第一次量子革命已经深刻改变了现代工业。大量原子形成晶体以后，电子状态会形成能带。基于固体能带理论，我们才能理解导体、半导体和绝缘体的区别，以及不同半导体材料的性质。
我在北京大学招收研究生时，很喜欢问一个问题：能不能从固体能带理论的角度，解释什么是导体、半导体和绝缘体？很多学生其实回答不上来。
但现代电子信息技术恰恰建立在这些理论基础上。有了固体能带理论，我们才能认识施主、受主、浅能级、深能级，进而发展 PN 结、晶体管和集成电路。除此之外，激光、原子能、CT 等技术，其物理基础也与量子力学密切相关。
第一次量子革命的重要特点，是人类在原子、化学键等层次认识物质的性质，并在此基础上发展技术。它成就了今天的电子信息产业，也推动了自动化、信息化的发展。
为什么要发展量子计算？三个驱动力正在形成
我们现在处于数字时代，算力越来越重要。但传统计算技术的发展，也开始面临越来越明显的物理限制。
随着集成电路的集成度不断提高，晶体管尺寸越来越小，小到一定程度就会受到量子效应的影响。晶体管可以简单理解为控制电流开关的器件，原本希望把电流完全关断，但由于量子隧穿效应，电子有可能穿过原本不应该通过的势垒，产生漏电流，影响器件正常工作。
另一方面，大数据仍然在快速增长，计算需求不断增加。一边是传统算力技术受到物理限制，另一边是数据和计算需求持续增长，这就推动我们探索新的计算方式。这是量子计算发展的第一个驱动力：计算需求。
第二个驱动力，是量子力学本身仍然需要发展。量子力学建立至今大约 100 年，但人类对它的理解还远远没有结束。不要说普通公众难以理解量子现象，连爱因斯坦这样伟大的科学家，当年也对量子力学中的概率解释和量子纠缠存在疑问。
爱因斯坦曾经说，上帝不会掷骰子。他尤其无法接受量子纠缠所表现出来的一些反直觉现象。后来，贝尔提出了著名的贝尔不等式，为检验量子力学与局域隐变量理论之间的差异提供了方法。经过长期实验研究，科学家不断观察到对贝尔不等式的违背，验证了量子力学对于纠缠关联的预测。
2022 年诺贝尔物理学奖授予三位在纠缠光子实验、贝尔不等式检验和量子信息科学方面作出贡献的科学家。中国的“墨子号”量子科学实验卫星，也在远距离量子通信和量子纠缠实验方面取得了重要成果。
2025 年诺贝尔物理学奖再次与量子物理的重要研究有关，这次是超导电路中的宏观量子隧穿和能量量子化。什么叫量子隧穿？打个比方，就像传说中的崂山道士穿墙术。按照我们日常生活中的经验，一个人不可能直接穿墙而过，但在微观世界里，即使粒子的能量不足以越过一道势垒，它仍然有一定概率穿过去。
2025 年获奖的相关研究表明，在超导电路中也能够观察到宏观量子隧穿和能量量子化现象。这些物理现象与超导量子计算的技术基础密切相关。
量子研究连续获得诺贝尔奖的关注，也说明国际科学界对量子技术寄予很大期望。另一方面，量子力学本身确实还有很多需要继续探索的问题。经典科学经过数百年才发展到今天，而量子力学建立只有大约一个世纪，我们距离真正理解量子世界的方方面面，还有很长的路要走。
第三个驱动力，是人类操控微观量子态的能力显著提升。2000 年，我在北京大学的时候就想做量子计算，但当时觉得这件事很难真正实现。那时候，一些量子计算体系的相干时间只有纳秒量级。量子计算需要执行逻辑操作，但如果量子态只能保持这么短的时间，计算还没有完成，量子信息就已经丢失了。
现在情况已经发生了很大变化。不同量子计算体系的相干时间都有明显提高，超导量子比特可以达到微秒量级，部分硅基体系则可以达到毫秒甚至秒量级。
更重要的是，我们现在能够非常精确地在量子态层面操控微观世界。例如，潘建伟、陆朝阳团队利用光镊技术实现了对 2024 个中性原子的操控。这些实验说明，我们已经有能力完成过去很难想象的量子操控任务。
所以，当前量子计算发展的三大驱动力非常明确：一是算力需求不断增长，推动我们寻找新的计算方式；二是量子力学本身仍然有很多值得研究的问题；三是实验技术和操控能力的提升，使我们能够开展以前想都不敢想的研究。
量子计算的算力潜力巨大，但目前还很弱
从理论上看，量子计算确实有可能提供一种具有颠覆性的算力。
举个例子，如果让 100 个人走一个非常复杂的迷宫，在没有其他工具帮助的情况下，大家可能需要不断试错，最后才能找到出口。量子计算则可以利用量子叠加和干涉，让不同计算路径之间发生相互作用，通过适当的算法设计，使一些路径的概率幅相互抵消，另一些得到增强，从而减少部分问题所需的计算步骤。
对于 N 个量子比特，它的量子态可以表示为 2ᴺ 个计算基态的叠加。这是一种指数增长的关系。过去有一个棋盘放粮食的故事，第一个格子放两粒粮食，第二个格子放四粒，第三个格子放八粒，每个格子都翻一番。最开始看起来没有多少，但到后面，所需的粮食数量就会变得极其庞大。
量子计算的理论潜力，与这种指数增长的状态空间密切相关。不过，我认为人类很难真正达到全部理论极限。
那么，目前量子计算机究竟发展到了什么水平？实际上还很弱。现在的量子计算机主要在一些特定任务和复杂物理问题上展示潜力，尚不能为社会提供广泛、可靠的实用算力。
大家经常听到的“量子优越性”，就是研究人员选择一些非常困难、但不一定具有直接实用价值的任务，证明量子计算机在特定问题上能够表现出传统计算方法难以达到的优势。例如中国的“九章三号”，就是相关研究的代表。
虽然目前量子计算机还不能提供成熟的实用算力，但它带来的潜在挑战已经值得关注，尤其是信息安全。
今天的信息网络大量使用 RSA 等公钥密码体系，其安全性依赖于大整数分解等数学问题在经典计算机上的计算困难性。比如三七二十一、五五二十五，这样的小整数很容易分解，但如果换成非常大的整数，计算难度就会急剧增加。
1994 年，彼得·肖尔提出量子大数分解算法，从理论上证明足够强大的量子计算机有可能高效解决这类问题。这意味着，如果未来出现成熟的容错量子计算机，现有一些密码体系就可能面临重大威胁。
虽然今天的量子计算机还不具备这种大规模破解能力，但信息安全必须提前做好准备。一方面要发展量子计算，另一方面也要推动密码体系向抗量子密码迁移，矛与盾必须同时发展。
特别是在万物互联时代，信息网络安全、物联网安全会变得越来越重要。例如自动驾驶汽车，如果被黑客或者恶意人员控制，就可能产生非常严重的后果。因此，除了抗量子密码，我们还需要重视量子密钥分发、量子随机数等技术的发展。
回到量子计算本身，目前国际上有多种技术路线，包括超导、硅基、中性原子、离子阱、光量子等。只要能够满足构建量子计算体系的基本条件，都有机会发展成为量子计算技术。
但现在没有任何人能够确定哪一条路线最终胜出。一个重要原因，就是我们对量子态的操控精度还不够高。量子计算要求非常精确地执行操作，但每个量子比特接收到指令，并不能保证百分之百准确执行。即使单次操作已经达到较高保真度，只要存在错误，执行大量连续操作时就可能不断累积，最终影响计算结果。
量子纠错和模块化互联，是走向大规模计算的关键
2016 年 10 月，一批科学家来到深圳，共同推动深圳量子研究的发展，这是一个重要的起点；2023 年，我们又在河套组织了一次量子科技论坛，邀请了 27 位院士，以及一批优秀的中青年科学家参加。这些活动对深圳量子研究的发展发挥了重要作用。
我们为什么能够建设国家级量子科研平台？最重要的还是人才，创新驱动实际上就是人才驱动。这些年，我们汇聚了来自国内外的研究人员，包括德国、日本等国家的科学家，逐渐形成了一支国际化科研团队。
在研究方向上，我们选择差异化发展。比如中国科学技术大学在量子光学方面已经非常强，如果我们在同样的方向上直接竞争，并不一定有优势。因此，我们结合已有研究基础，重点发展固态量子计算和相关科学仪器。
目前，我们已经研制出 66 比特的超导量子计算系统。但大家看这套系统就会发现，仅仅 66 个量子比特，设备已经非常复杂，需要大量控制、测量和低温实验装置。如果未来发展到 600 个、6,000 个、6 万个，甚至更多量子比特，系统应该怎样构建？这是非常现实的工程问题。
首先需要解决的是量子纠错。当前部分量子操作的错误率还在 10⁻² 量级，而经典计算系统的错误率可以达到 10⁻¹⁵ 量级，两者相差 13 个数量级。如果不能有效纠错，量子计算很难真正发挥作用。
过去量子纠错面临一个问题，就是越纠越错。因为纠错本身也需要额外的量子操作，而这些操作同样可能产生错误。这几年，我们发展了一系列方法，希望让量子纠错真正降低错误率，实现越纠越对。
相关研究获得了国际同行的关注，包括 Google Quantum AI、亚马逊等头部企业的研究团队，都对相关工作给予了积极评价。量子纠错是量子计算走向实用的重要方向，也是一个关键的技术里程碑。
第二个重要问题是系统规模化。如果 66 比特的系统已经这么复杂，未来要实现百万量子比特规模，不能简单依靠单块芯片不断扩大。我们选择的一个方向是模块化量子计算，通过量子互联将不同的量子芯片连接起来。
2022 年，我们在分布式量子芯片互联方面取得研究进展，实现了涉及 5 个量子芯片模块的互联。国际上也有类似的技术路线，IBM 的量子计算发展规划就涉及模块化架构和量子互联，希望通过连接不同模块，逐步构建规模更大的容错量子计算系统。
因此，量子纠错和量子互联，是我们非常重视的两个方向。除此之外，我们还在推进硅基量子计算。目前深圳团队在国内硅基量子计算研究中已经具有较强的竞争力，相关研究也开始取得成果。
还有一个非常重要的方向，就是科学仪器。开展量子计算研究，需要电子束光刻机、稀释制冷机以及大量精密测量和控制设备。过去有些设备可以从国外购买，但现在部分关键设备受到出口管制，想买也买不到。
这几年，我们在推动量子计算研究的同时，也一直在推进关键科研仪器的自主研制，包括电子束光刻机、低温制冷设备等。电子束光刻设备已经取得重要进展，并用于实际科研。
所以，发展量子计算不能只看芯片和量子比特。底层的加工设备、低温系统、控制和测量仪器，同样是整个技术体系不可缺少的部分。只有掌握这些核心能力，量子计算研究才能持续推进。
量子产业不能“虚火过旺”，要培育真正有实力的企业
去年到今年，量子产业特别火热。
潘建伟院士曾经提到过“虚火过旺”的问题，我觉得确实有一点这样的现象。做任何新兴产业，没有泡沫是不可能的。有资金进入、有企业参与，是产业发展过程中很正常的事情，但泡沫不能太多。
美国量子产业的发展有一个值得关注的特点，就是大型科技企业、顶尖科研团队，以及由高水平团队孵化的企业共同参与。很多量子科技企业都有一流科学家深度参与，技术路线与长期积累的科研成果密切相关。
相比之下，国内一些量子企业在高水平科研人才和核心技术积累方面还有不足。量子计算不是简单地成立一家公司、获得一笔投资就能够做起来的。它涉及复杂的物理问题、芯片制造、精密仪器、量子纠错和系统工程，需要一流科学家参与，也需要长期的技术积累。
我们现在建设国家级科研平台，要有国家担当，为国出征。但为国出征不能只有口号，还要有真正的技术实力。
这些年，我们在电子束光刻机、稀释制冷机、量子纠错、量子互联等方向已经形成了一定的技术基础。这些都是未来发展量子计算产业的重要条件。接下来，需要把已有的科研成果和技术能力真正转化为产业发展的基础，培育具有竞争力的量子科技企业。
我们既要有国家担当，也要有实力担当。希望通过长期积累，把科研、技术和产业真正结合起来，培育伟大的企业，为国家创造更大的价值。
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注：封面/首图由 AI 辅助生成
