专访郭光灿院士：量子信息技术何时飞入寻常百姓家

近日，借中国科学院量子信息重点实验室-问天量子-泰克科技三方成立“量子信息联合创新平台”之际，EEWORLD专访了中科院院士、量子信息学科带头人郭光灿，郭光灿院士就量子信息技术的基本现状，国内外量子信息技术的生态环境等方面问题进行了阐述。

郭光灿院士

郭光灿院士其人

郭光灿，中国科学院院士，中国科学技术大学教授，中国科学院量子信息重点实验室主任，现任中国光学学会常务理事、中国密码学会量子密码专业委员会主任。

自1965年中国科学技术大学毕业后，长期从事量子光学、量子通信和量子计算的理论和实验研究。担任国际刊物《International J. of Quantum Information》 的Managing Editor；国家基金委创新群体学术带头人；国家科技部中长期规划“量子调控”重大项目《量子通信与量子计算的物理实现》、中科院B类先导专项项目《基于固态系统的量子物理和量子信息》和基金委重大仪器专项《多功能固态量子存储器》的首席科学家。曾荣获1项国家自然科学二等奖、2项安徽省自然科学一等奖、1项安徽省重大科技进步奖、1项教育部自然科学奖一等奖、1项中科院自然科学二等奖和“何梁何利”科技进步奖等。在包括Nature子刊（22篇）、Phys. Rev. Lett（49篇）在内的国际学术期刊上发表论文900多篇，他引超过16000次。培养博士80余人，其中5人荣获全国百篇优秀博士论文奖。

郭光灿院士带领的中国科学院量子信息重点实验室则是我国量子信息领域第一个省部级重点实验室。实验室长期从事量子通信与量子计算的理论与实验研究，做出了一系列国际一流水平的原始创新科研成果，是中国量子信息领域人才的重要培养基地之一，承担多项重大项目。

实验室主要研究方向为半导体量子芯片、量子纠缠网络、量子集成光学芯片、实用的量子密码以及量子理论等。2005年在国际上首次经由实际通信光路实现了125公里单向量子密钥分配，2009年在芜湖建成世界上首个量子政务网，2011年首次实现八光子纠缠源，2012年首次实现了量子惠勒延迟选择实验，制备出了粒子和波的叠加状态，极大地丰富了人们对玻尔互补原理的理解。同年首次实现光子偏振态的固态量子存储，99.9%的保真度创造世界最高水平。2013年首次在冷原子系综中实现了光子轨道角动量的量子存储等。

有媒体统计，从顶尖学者上看，中国籍或华人科学家占据了量子计算论文发表数量前20名榜单的近一半，其中中国科学技术大学郭光灿院士论文数量超过140篇，高居榜首。华人科学家在量子计算领域的贡献占比不断攀升，这不仅推动了国内量子信息科技的发展，也提升了中国在量子计算领域的国际话语权。

解读量子保密通信技术

严谨的郭光灿院士给记者仔细讲述了量子通信的概念，郭光灿院士表示，量子通信严格意义上来说应该叫量子保密通信，具体来说：

量子保密通信，利用量子秘钥安全产生秘钥之后进行经典加密通信，一次一密。为什么量子技术率先被用于量子保密通信上呢？郭光灿院士解释道，在量子信息技术中，量子解密相对简单，只需要用量子手段传递秘钥这一单一用途。“现在传统的密钥传递方式都是不安全的，量子技术解决了这个简单又关键的问题。因为量子是无法被复制和窃听的，如果发生窃听情况之后发送端一定会知道，所以可以在通信两端建立完全相同且无法被复制的安全随机数密钥。”

郭光灿院士强调，量子保密通信将会是未来新的增长点，这项技术的应用意味着人类可以从经典技术转移到量子信息技术上，这个转折点标志着量子技术把人类发展带入了新阶段。

对于量子通信产业的看法

郭光灿院士除了关心科研领域的进步，为了更好地促进量子信息产业的发展，他将有限的精力不断投入到促进产业环境中去。

郭光灿院士表示，上个世纪量子保密通信技术原理就已经被证明了，而通过中国科学院量子信息重点实验室解决了诸多关键技术问题，然而如果进入真正的商业化，要解决很多关键技术，很多针对产业界的实际问题，这就需要产学研协作模式。

郭光灿院士强调道，“量子技术走向市场化，光靠学校是不行的，学校就是研究机构，产业化一定要有公司的力量帮助。问天量子的成立就是为了迎合产业需求而产生的公司，目的就是把实验室研究成果转化成实际应用产品。”

安徽问天量子科技股份有限公司成立于2009年，系由芜湖市建设投资有限公司、中国科学技术大学共同投资成立，注册资金5500万元，是我国首批获得军工三证的从事量子信息技术产业化的高新技术企业，同时也是密标委指定的量子密码标准制订工作组牵头单位。公司秉承“量天问道，光灿中华”为愿景的理念，致力于将实验室的科研成果转化为产业化以服务社会。公司坚持以客户为中心，以市场为导向，为用户提供最好服务、最高性价比产品。

郭光灿院士对问天量子的成立给予了充分肯定，其表示：“有关量子保密通信的技术问题、工程问题、器件问题都是由问天量子来解决，随着产品一代代改进，成本越来越低，产品越来越符合市场需求，是自主知识产权变成生产力的重要表现。”

郭光灿院士强调，由于量子保密通信技术是一门十分复杂的交叉学科，所以只有设备公司仍然无法独立完成量子技术的产业化之路。“未来有一个方向就是把量子密码装置小型化、集成化、让量子技术可以更加快速方便，这就需要和集成电路半导体行业合作。”

实际上，此次中国科学院量子信息重点实验室-问天量子-泰克科技三方成立“量子信息联合创新平台”的举措，正是中国量子信息技术产学研的一次深入探索。

早在几年前，郭光灿院士就在合肥组织召开了产学研研讨会，把通信企业和研究所等相关人士请到合肥，希望探索实验室和企业之间的产学研之路。“开了两天会，结果大失所望。业界公司感兴趣的是三至五年出产品，如果量子技术十几年做不出来该怎么办？”郭光灿院士遗憾的说道。

郭光灿院士也理解国内公司的想法，他表示：“我们的企业首先需要生存，资金实力没有那么多，所以没有兴趣也是正常的。”

对于量子计算产业的看法

相比量子保密通信，量子计算产业概念更加火热。与国内环境不同，国际上无论是著名公司亦或初创型公司，都对量子学尤其是量子计算领域产生了浓厚兴趣。根据媒体统计的量子计算专利企业申请人排名上看，美国D-WAVE公司一枝独秀，其专利申请量是第二名微软公司的3倍多。美国公司和日本公司占据了该榜单的绝大部分，中国企业和科研机构则无一上榜。

对此，郭光灿院士表示：“我们很早前就意识到科学研究是做不出量子计算机来的，研究机构只能解决科学问题，技术问题，产业问题则需要专业的企业。国外公司底子厚，实力强，再加上美国政府很早就进行量子计算机基础研究，公司可以很快进行产业化之路，所以三五年前他们就观察到量子计算机的前景，各大公司开始积极投入基础科研及工程人才的培养，以及软硬件环境的搭建。”

郭光灿院士预计，相信未来3-5年内，第一批专用量子计算机便可能诞生。

量子技术何时飞入寻常百姓家

在2017年接受新华社专访时，郭光灿院士提到平时一有时间，就会写些科普方面的书。

早在20年前香山会议五周年庆祝会上，会议主持人张焘邀请了18人作报告，前17人是政要和院士，第18个是当时名不见经传的郭光灿，而他的报告效果非常好——与会的大家从没有听过量子信息，听完他的报告，大家很吃惊：还有这么个领域？

所以当时郭光灿院士的主要任务是吸引国内更多年轻人从事这个领域，让领导和学术界能够更了解这个领域。所以他在当时著述《量子光学》教程，在《物理》发科普论文，参加各类学术会议，为科学界奔走相告。

到了21世纪，随着量子信息技术的不断发展，无数的科技工作者投入到量子信息学的研究中，然而对于普通老百姓来说，量子信息仍然是一个神秘的概念。受新华社之邀，郭光灿率领学生翻译了杰拉德·米尔本所著的《神奇的量子世界》一书，开创了量子技术的科普之路。

而后，其联合中科院自然科学史所副研究员高山，编写了爱因斯坦的幽灵一书，面对一些对物理感兴趣的读者解答量子纠缠之谜。

但这还远远不够。

随着量子这个概念开始普及，社会上诞生了一批打着“量子技术”旗号的骗子。“现在量子概念的炒作五花八门，有量子水，量子眼镜等，我在各种会议上都会对此进行澄清。”郭光灿院士说道，“判断量子产品的真假很简单，就是你问他量子水的量子表现在哪里？”

“到目前为止，还没有任何一个基于量子技术的商品是可以拿到百货大楼里卖的，即便是量子保密通信技术，也没有到能够进入千家万户的状态。”郭光灿院士断言道。

目前，绝大部分老百姓对于量子技术仍然不了解。郭光灿院士讲了个小故事，就在几天前，郭光灿院士在参加光博会时，有位企业家还在向他咨询量子技术的投资项目。与此同时，郭光灿院士还会接到大量电话，询问是否可以基于量子信息技术进行合作，但大部分都是虚假消息。

为此，郭光灿院士网上搜集了关于量子技术的十几个热门话题，以《郭光灿的量子十问》为专题题目对此展开了分析，以更加通俗易懂的方式解密了量子水、瞬移、薛定谔的猫等一系列问题，同时又亲自参与录制了一系列关于量子信息技术的公开课。“物理杂志编辑看到了我的《量子十问》，并将于10月份开始连载以扩大其影响力，同时我准备出一篇更详细的科普书，阐述量子革命的基本问题。”郭光灿院士说道。

但郭光灿院士也强调，量子保密通信技术是一项商业化前景非常明朗的市场。“首先保密有各种等级，包括绝密机密、一般保密等，首先要保障的是国家最高应用。而随着军民融合的不断发展，未来量子保密通信技术也有可能应用到银行等民用市场中，之后随着性价比更高更轻巧的设备出现，有可能运用到民用市场中，比如互联网等技术就是从美国军方变成了千家万户都享受的技术。

郭光灿院士强调，量子保密通信技术能走到老百姓生活中的时间不会很短，并不会像宣传的那样马上就应用到千家万户中，“这就看我们研发人员的能力了，只能等到真正小型化、安全化、低价格的产业化产品出现。”

正如郭光灿、韩永建、史保森在《2017科学发展报告》中撰写的《量子信息科学发展展望》上所述，“随着20多年的深入研究，量子信息科学已经发展成为一个多学科交叉，对国家安全、国防军事、产业经济等领域都具有潜在颠覆性作用的研究方向。量子信息技术代表了未来信息技术发展的战略方向，是世界各国展开激烈竞争的下一代安全通信体系的焦点，并极有可能对人类社会的经济发展产生难以估量的影响。”