潘建伟：未来15年，中国量子科技将带来更多惊喜

量子高轨卫星升空、量子通信网络走入生活、高精度原子钟为世界秒定义作贡献、量子合成口径望远镜探测黑洞……未来15年，中国的量子科技将带来更多惊喜。

今天（9月9日）举行的2024浦江创新论坛“量子科技论坛”上，中国科学院院士、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长潘建伟介绍了相关进展。

几十年基础研究奠定当下量子产业热潮

身为量子科技领域先驱，英国皇家学会院士、牛津大学教授、新加坡量子中心创始主任阿图尔·埃克特说，1991年，当他还是牛津大学博士生时，很多人都劝他不要从事量子领域研究，但他非常坚定，“我就想做科学，我就想研究量子”。

如今，量子力学在现实世界中已开始展现强大应用潜力。美国加州大学伯克利分校教授、加州量子计算挑战研究院主任丹·斯坦佩尔·库恩在演讲中介绍，欧盟早在2018年就发布了量子技术旗舰计划，“我相信，现在的超冷原子和光已不仅仅是物质，更是一种资源”。

论坛上，来自美国、德国、英国、韩国的量子科学家分享的最新进展令人目眩：用光镊阵列操纵原子、飞行原子提升量子存储器效率、用镜头捕捉原子稳态的美丽图像……这些还在实验室中打磨的前沿研究，已在为量子时代的未来铺路。

事实上，正是20年前实验室中看似天马行空的量子力学和量子物理学基础研究，奠定了当下的量子产业热潮。库恩提到，谷歌的量子计算机、IBM公司的量子模拟研究，将量子科技带到了新高度，而今量子计算机走向商用化，量子科技企业应运而生，量子产业生态正在逐步形成。

在量子产业生态系统中，学术机构应该发挥怎样的作用？库恩认为，基础研究在探明量子科技发展前路的同时，还需要产业界一起解决遇到的难题，不仅仅是对技术路线图的推进，还要在大众关注的量子技术标准等问题上有所贡献。

库恩透露，美国国家科学基金会在量子信息科学领域设立了5家科研机构，希望推动量子科学在美国的发展，他创建的量子计算挑战实验室就是其中之一。但他提醒，在这股量子热潮面前，“我们在适应现实世界对量子科技发展需求的同时，要坚持忠实于现实世界，不要过分夸大量子科技，更不要进行炒作”。

2027年，首颗量子GEO卫星有望问世

盛赞中国的“墨子”号量子科学实验卫星，是这场论坛上的高频场景。

“墨子”号升空、“九章”和“祖冲之”系列量子计算机诞生、城域量子保密通信网建成，以及大量发表在《自然》《科学》等国际顶尖科学期刊上的原创高水平论文，无不显示出中国在量子科技领域取得的长足进展。潘建伟表示，未来15年还将完成更多挑战。

在量子计算方面，继成功研发“九章”号、“祖冲之”号两个系列量子计算机后，超冷原子量子模拟器“天元”也于近期构建成功。但真正的可编程的通用量子计算机估计还需要二十年左右才能实现。朝着这一目标，科研团队一方面通过研究不断提升量子计算机的计算容错能力，一方面寻找更多有用的科学难题用专用量子计算机来求解。

在量子通信方面，全球范围的量子通信乃至互联网将由3个板块构成：其一是基于光纤的城域量子通信网络；其二是量子中继器与存储器链接形成的城际间量子通信；其三是量子卫星加持的远距离量子通信。

潘建伟表示，城域量子网络已趋成熟，未来希望加大应用力度；基于中继的城际量子通信目前正快速发展，未来5到10年可成熟使用；量子高轨卫星正在研发中，其关键是卫星要能在强烈的太阳辐射背景下工作，未来15年有望构建量子星座，形成天地一体化的量子网络。

同时，搭载原子光钟的第一颗地球同步轨道（GEO）量子卫星有望在2027年问世，其精度高达10-19秒，即几百亿年才误差一秒。有了这样高精度的空间原子光钟，就能进行洲际时频比对，参与主导国际大科学计划，为未来的秒定义作出贡献。如果未来有两台更高精度的原子光钟，还可对宇宙中的中低频引力波进行探测。

此外，量子合成口径望远镜也在潘建伟团队的未来计划中。他解释，利用量子隐形传态技术，可将多台小望远镜联合在一起，就可对黑洞进行高精度观测，尤其是结合天上的量子星座，合成口径望远镜的等效口径原理有望可达1万公里。