潘建偉：怎麼保證給我打電話的是馬雲本人？這項技術可以做到

【10月11日，在阿里2017雲棲大會上，中國量子力學第一人潘建偉教授發表了“新量子革命和量子計算”主題演講，潘建偉表示，希望到明年，能實現50個量子比特的操作；未來十年能實現數百個量子比特的操作，在特定領域的計算能力達到目前全世界計算能力的100萬倍。

潘建偉講到，信息技術的發展，很大程度上是量子力學奠定了根本的基礎。通過對量子力學理論的觀測和應用，催生了第三次產業變革，同時也帶來了兩個問題：一是隨着計算力的提高，信息安全問題就會出現；二是大數據也需要非常強的計算力，把數據裏的有效信息提取出來。“提取不出來，就是垃圾，提取出來，就是金子”，他説。

潘建偉在演講中

“非常有意思的是，量子力學同時為解決這些問題做好了準備，第二次量子信息革命正在加速到來”。潘建偉説，量子信息學將有三方面的應用：第一是利用量子通信提供原理上無條件安全的加密；第二是利用量子計算實現超快的計算能力，一個億級變量的方程組計算，用現在最快的超級計算機也需要100年，而用量子計算機只需要0．01秒；第三是實現量子精密測量。

**“量子計算發展的進程比我想象得要快得多。”**潘建偉説，中國科學家已經在實驗室實現了目前已知的所有量子算法的驗證。

他預計，團隊將在今年底發佈一台可上網的、基於超導量子比特的量子計算機；希望到明年，能實現50個量子比特的操作；未來十年能實現數百個量子比特的操作。最終，計算能力將超越目前最強大的超級計算機，實現“量子稱霸”。實現後可用於很多實用性的研究，例如研究量子退火的機制，實現高效全局的最優搜索，使得指揮交通、理解圖像等更加簡便、迅速。

2015年7月，阿里雲聯合中科院成立“中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室”，宣佈共同開展在量子信息科學領域的前瞻性研究，研製量子計算機。

2017年5月，中國科學院-阿里巴巴量子計算實驗室等參與研發的中國首個光量子計算機面世。】

以下為現場演講實錄：

首先熱烈祝賀達摩院的成立，本來我有一個夢想，我希望在中科大上海研究院也搞一個達摩院，結果這個專利被馬雲給搶了，我也喜歡看武俠小説。

剛才我在下面聽馬雲演講的時候，回想起一個景象：十八年之前，如果這麼一個人在台上嘩嘩講，別人可能認為這個人是瘋子，把他趕下台。但是回過頭來看，只要有一點理想，瘋狂一點，也是不要緊的。

潘建偉在演講中

我今天講的題目，是新量子革命和量子計算，二十年之前，當我讀了姚期智先生的一些文章的時候，我覺得量子計算的Idea在我有生之年不可能成為現實。但是二十年過去了，我覺得這個新量子革命正在到來，正在發生，而且量子計算它所發展的進程比我想象的要快得多。

其實我們知道，我們人類歷史上有兩次科學革命，在建立牛頓力學之前，我們用的就是我們的生物能，我們馴養猴子、馴養馬、馴養狗，來為我們服務。但到了牛頓力學之後，第一次催生了產業變革，隨着瓦特蒸汽機的發現，英國抓住了機會，所以它在十八世紀末崛起成為世界頭號強國。

隨後也是在牛頓力學框架基礎之上，在麥克斯韋理論的基礎之上，有了電力產業的變革，德國和美國先後抓住機會，在十九世紀中和二十世紀初成為世界工業強國。隨着上一個世紀初量子力學、信息技術的發展，催生了以信息技術為代表的第三次產業變革，在這個過程中，日本抓住了機會，也變成了工業強國。

今天我們使用的信息技術，很大程度上都是由量子力學奠定的基礎：原子彈的研製，催生了現代意義上通用計算機的誕生；當時西歐核子中心，很多數據需要傳到全世界各地，形成了今天的互聯網雛形，當時提出互聯網雛形概念的物理學家，今年也得到了圖靈獎，物理學家有時候也可以成為信息學家。為了對相對論進行檢驗，物理學家構建了原子鐘，地上放個原子鐘，天上放個原子鐘，過一段時間，時間不一樣了，正是把相對論和原子鐘放在一起，構建了今天GPS的基礎。

正是通過對量子力學的被動觀測和引用，催生第三次產業革命，以信息技術革命為代表。目前信息技術發展，遇到兩個比較嚴重的問題，第一個是安全性的問題。比如説給我打電話，我希望馬雲給我打電話，而不是訊飛模仿馬雲給我打電話，我們可以用加密算法保證給我打電話的這個人是馬雲。

另外打電話的過程當中，信息不想被別人知道，需要進行加密來保證我的信息不會泄露；同時在數字簽名的幫助之下，我可以發現馬雲給我講的這個話到底有沒有被別人篡改過，以至於他講的話是不是他的本意等等。這一切都是需要有加密算法，這是基石。

非常不幸的是，目前在我這裏顯示的這些，所依賴的加密算法，原則上都可以破解的。比如説RSA512（公鑰加密算法——觀察者網注），1999年被破解了；RSA768，2009年被破解了；2017年2月，Google破解了廣泛應用的文件數字證書當中的SHA+1算法。我們的信息安全瓶頸日益凸現，平時在用的時候感覺不到，但是遇到惡意攻擊的時候，這個問題必須解決。

另外一個問題，大數據需要有強大的計算能力，把數據裏面有效的信息提取出來。如果數據裏面信息提取不出來，數據就是垃圾，提取出來，就是金子。目前全世界的計算能力還是非常有限的，儘管我們説每個人手機上的計算能力都已經跟當年美國登月計劃裏面所用到的計算能力一樣。但我們全世界計算能力加起來，用一個數字表示就是2的80次方左右。

根據摩爾定律，晶體管尺寸逐漸到達納米量級以後，已經很難發展了，所以在這種基礎的情況下，量子效應將起到一個主導作用。原先晶體管的電路原理將不再適用，所以基於原來的摩爾定律，把晶體管做的越來越小，集成度做的越來越高這條路徑就慢慢不行了，但需求卻仍然在增長。

**量子力學催生了第三次產業變革，但是目前它又為了解決這些重大的瓶頸問題，已經做好了準備，這就是説我們量子力學本身正在孕育着新的一次革命。**具體來説，比如在我們每天生活的世界裏面，一隻貓只能處於死和活兩個狀態裏面的某一個，我們可以用這兩個狀態來加載0和1一個比特的信息，但是到量子世界裏面，這個貓不去看它的話，它甚至可以處於死和活的狀態的疊加，這個就是中國太極圖裏面陰中有陽，陽中有陰。不是説要麼對的要麼錯的，黑中有白，白中有黑。有兩隻貓的話，就是相當於產生糾纏的概念，兩隻貓處於糾纏態，不管這兩隻貓相距離多麼遙遠，那麼扔的這個篩子的結果，都是一樣的，這個要是遙遠距離的軌跡的互動。

把這個問題進行檢驗之後，慢慢我們掌握了一個能力，一個量子拿出來，產生糾纏，進行操縱，催生以量子信息技術為代表的第二次量子技術革命，我們做一個類比，從前對於量子規律的被動觀測，取得了巨大成就。好像我們從前知道種瓜得瓜、種豆得豆，利用這些規律去種糧食，去做事情，你也知道老鼠的孩子會打洞，龍生龍，鳳生鳳。但是到基因學的時候，到基因序列知道你為什麼個子比較矮，為什麼他個子比較高，為什麼他會得這個病，從分子學層面有它的微觀基礎。到了量子時代也是這樣，一旦我們對於量子進行主動操縱的時候，量子力學就誕生了。

利用量子通訊，我們可以提供一種原理上無條件安全的加密手段，**利用量子計算，**我們可以利用一種超快的計算能力，這是跟傳統計算有非常大的區別。我們也可以提供一種非常好的精密測量的這麼一個手段。

在這裏我可以舉一個例子，我們説一個比特在經典世界只能處於0和1，在量子世界可以0+1，但是這個數很大的時候，到了100以後，就可以2的100次方了，這個數字就變得非常大了。

大家可能聽説過一個故事，當年國際象棋發明者，他發明出來之後，當時的國王非常高興，他説我要給你獎勵，他説國王，我要獎勵很簡單，在第一個格子放一粒米，第二個格子放兩粒米，第三個格子放四粒米，六十四個格子是2的64次方，已經當時全世界所有存量的總和了。

求解10的24次方變量的方程組，用“太湖之光”需要100年左右計算時間，但用萬億次的量子計算機大概只需0.01秒。

當年在911事件發生之後，中情局記錄了那些恐怖分子所有説話的聲音、所有的記錄但是如果要提取一百年時間，就沒有意義了。但是如果提取時間提高到0.01，就有價值了。

在國際上其實有一個非常嚴肅的、激烈的競爭，去年的MIT，專門發佈了一個新聞，來評論Google和IBM開展量子計算研究方面的評述，那麼今天我剛剛也瞭解到英特爾宣佈他們發佈了17個量子比特的芯片，當我們達到50個量子比特的時候，就能夠實現量子稱霸，可以超過世界上任何傳統計算機，能夠解決任何傳統計算機解決不了的問題。

我認為這個時代應該是十五年之後到來，今天我們稍後可能有一個計劃，會跟阿里一起合作，依靠中科院阿里巴巴量子計算實驗室，我們希望這個時代能夠儘快到來，也許到明年，我們就能夠實現這一個相關的目標。

這一塊我們中國的學者是做得比較早的，其實在以往的工作當中，中國的學者已經在實驗室裏面實現了所有幾乎目前所知道的量子算法的驗證。通過將近二十年的努力，我們今年取得了比較好的進展，前一陣子我們的聯合實驗室發佈首次能夠超越早期經典計算機的可編程的光量的計算，在這個方面，我們會繼續往前推進。

到明年實現50個比特的操縱之後，我們可以做有實用意義的一些東西了。比如説我可以指揮交通，也可以優化網絡，優化治療，理解圖像和視頻等等，它有這一些相關的應用。我們希望能以這樣的方式來培養行業生態，推動量子計算的產業化。

我們希望通過五到十年左右的努力，能夠實現數百個量子比特的相關操縱，這裏我畫了一個圖，如果能夠實現對100個比特的相關操縱的時候，對某些特殊問題的求解能力，是目前全世界所有計算能力的總和的100萬倍左右。屆時我們將可以用這種方式非常快的解決一些高温超導、慣性約束核聚變和高效氮固化等機制的重大問題。

剛才大家講到，目前的人工智能、傳統的計算是不可能來解決意識是怎麼產生的問題，我在此引用2011年《新科學家》的文章，或許量子力學就是跟我們意識的產生連接在一起的。所以通過對量子力學的研究，也許可以回答剛才馬老師所講的，為什麼傳統人工智能是沒有智慧的，我們希望對這個問題能夠提供一些有意義的解答，謝謝。

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