陆朝阳对话“量子鬼才”：中国量子计算如何实现从追赶到领先
在中国科学技术的大学实验室里，一台名为“九章四号”的量子计算机正以惊人的速度刷新着人们对计算能力的认知。相较传统计算机，它在处理复杂问题时展现出压倒性的优势，标志着我国在量子计算领域迈出了关键一步。作为项目核心成员之一，中国科学技术大学教授陆朝阳带领的科研团队，在这条充满挑战的道路上不断实现突破。
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量子计算技术的潜力早已被国际科学界视为战略制高点。上世纪80年代，物理学家费曼首次提出量子计算的概念，认为其运算能力可能远超经典计算机。然而这一设想长期停留在理论层面，直到四十年后，中国科学家用实实在在的科研成果将其变为现实。“我们不仅要证明量子计算的可能性，更要打造能够真正解决实际问题的工程样机。”陆朝阳这样描述团队的奋斗目标。
2014年，美国谷歌公司宣布投入百亿资金，汇聚全球数百名顶尖科研人员，计划在未来五年内研制出全球首台量子计算机。此时，31岁的陆朝阳正带领着一支仅有十余人的年轻团队，其中主力多为95后研究生，他们选择了与谷歌不同的技术路线——光子量子计算。“国内在光量子纠缠领域已有深厚积累，这是我们的独特优势。”陆朝阳解释道。这一选择源于中国科学院院士潘建伟的前瞻布局。21世纪初，潘建伟回国后便带领团队深耕光量子技术，为后续突破奠定了坚实基础。
陆朝阳与量子计算的缘分始于大学时代。2000年考入中国科学技术大学物理系后，他很快明确了研究方向。“量子力学不仅催生了半导体、激光等改变世界的重大发明，其理论本身更充满着未解之谜，完美融合了基础理论与实际应用。”他回忆道。保送研究生后，导师潘建伟交给他一项艰巨任务：将实验平台升级至可操控六光子纠缠系统。此前，团队已在2004年实现五光子纠缠，但从五到六的跨越意味着计算空间从32维跃升至64维，难度呈指数级增长。
“这就像在黑暗中摸索未知的信号。”陆朝阳如此形容实验过程。团队需要通过理论计算确定大致方向，同时调整探测器的角度，直至捕捉到正确的信号。经过近两年努力，他们不仅成功制备出六光子纠缠态，还在同一实验装置中实现了可用于量子计算的簇态。这项突破性成果发表于2007年《自然·物理学》，并入选当年中国十大科技进展。
2008年，陆朝阳前往剑桥大学攻读博士学位，期间首次完成单电子状态的光学测量，为量子计算解决了关键性技术难题。2011年，他收到剑桥大学教职邀请，却在博士答辩后毅然选择回国，成为中国科学技术大学最年轻的正教授之一。“留在英国或许能获得更优越的研究条件，但从长远发展来看，科技创新需要国家层面的战略支持。”陆朝阳坦言，“量子技术关乎国家信息安全与未来算力，中国必须走自主发展之路。”
回国后，陆朝阳团队迅速取得系列突破。2012年，他们研制出国际最高品质的单光子源，解决了该领域两个关键参数问题；2015年，又实现“多自由度量子隐形传态”，为构建量子计算机奠定重要基础。与此同时，谷歌的量子计算计划也在持续推进。2019年，谷歌宣布其53量子比特系统可在200秒内完成当时最强超级计算机需要一万年才能完成的计算任务，引发全球关注。
“那段时期压力巨大，团队成员经常连续工作超过30小时。”陆朝阳回忆道。2020年12月，中国科学家团队成功推出“九章”光量子计算机，在计算速度、功耗控制和性价比方面全面超越谷歌同类系统。对于国际上常用的“量子霸权”一词，陆朝阳团队选择用“量子计算优越性”来替代。“中华文化崇尚和平共赢，我们不希望用过于强势的词汇来定义学术成果。”他解释道。
随着“九章三号”在2024年问世，中国在光量子计算领域的领先地位得到进一步巩固。该原型机可在百万分之一秒内处理最复杂的计算样本，而当时最强的超级计算机完成同等任务需要超过二百亿年。如今，“九章四号”的上线再次刷新了这一纪录。“中国已成为国际量子计算领域的领跑者，并建立了最强的量子计算优越性标准。”陆朝阳表示，目前仅加拿大和美国联合小组实现了类似目标。
由于在量子计算领域的突出贡献，陆朝阳先后获得多项国内外重要奖项，入选《自然》“中国科学之星”，被国际同行誉为“量子鬼才”。对于科学研究的魅力，他这样理解：“探索未知现象、揭示自然规律带来的满足感，技术成果服务国家需求的成就感，以及见证青年学子成长的欣慰感，这些都是科研工作最动人的地方。”
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