薛其坤院士：量子计算机也许永远研制不成功，也许需要10年到20年

量子计算机：人类智慧的巅峰挑战与未来算力的曙光在2025中关村论坛年会开幕式上，中国科学院院士、2023年度国家最高科学技术奖获得者薛其坤指出，量子计算机的研发难度堪称“人类智慧的巅峰挑战”，甚至超越了首次登月的复杂性。这一观点与2012年诺贝尔物理学奖得主塞尔日·阿罗什的预测不谋而合——量子计算机的问世可能需要10至20年，甚至可能永远无法实现。

超导量子计算机：巨型化的未来与小型化的不可能薛其坤院士强调，即便未来量子计算机成功问世，超导量子计算机也注定无法成为便携设备。其庞大的体积可能需要占据四分之一个足球场，且必须依赖强大的制冷系统维持接近绝对零度（-273℃）的极端低温环境。这种苛刻的运行条件使得超导量子计算机注定只能以“巨型机”的形态存在，而非像传统笔记本电脑那样普及化。“超导量子计算机的外形或许会显得‘丑陋’，但这正是量子物理规律对工程设计的严苛要求。”薛其坤形象地比喻道，“就像试图将整个星际空间的寒冷压缩进一间实验室，这种矛盾注定了它的巨型化命运。”传统计算机的奇迹与算力瓶颈薛其坤回顾了传统计算机的发展历程。1947年，半导体场效应晶体管的发明开启了现代电子计算的时代。这种看似简单的非对称“三明治”结构（由电极、绝缘层和半导体硅组成）成为信息时代的基石。在此基础上，集成电路的诞生更是将计算能力推向了新的高度。“从最初的‘三明治’到如今的超级计算机，人类见证了晶体管数量从几十个到6千万亿个的奇迹。”薛其坤指出，当前超级计算机的浮点运算速度已达到每秒100亿亿次，但其能耗和体积却令人咋舌——占地约3亩，每日耗电50万度。然而，即便拥有如此强大的算力，传统计算机在人工智能时代的算力需求面前仍显得捉襟见肘。薛其坤举例说明：仅6秒的视频训练就需要200张高性能GPU芯片运行一个月，而若将视频时长延长至30秒，则需要400张芯片运行三个月。“如果尝试处理一部两小时的电影，可能一个电站的发电量都不足以支撑其运算需求。”

量子计算机：突破算力瓶颈的潜在答案量子计算机的出现或许能为这一困境提供解决方案。薛其坤表示，一个拥有60个逻辑比特的量子计算机，在理想状态下，其运算速度可以媲美占地3亩的超级计算机。然而，量子计算机的技术实现远比传统计算机复杂。与传统半导体“三明治”可在室温下稳定工作不同，超导量子比特晶体管需要在接近绝对零度的极端环境下运行。这种苛刻的条件不仅限制了量子计算机的小型化，还带来了巨大的工程挑战。“超导量子计算机需要一个强大的制冷系统，这使得它的外形显得笨重而复杂。”薛其坤形象地描述道。技术路线的多样性与未解的胜负之问薛其坤指出，量子计算的实现并非只有超导一条路径。离子阱、原子阵列、光量子、半导体量子点等技术路线也在积极探索中。“究竟哪种技术能够最终胜出？目前尚无定论。”他坦言，每条技术路线都面临各自的瓶颈，而科学家们仍在不断试验和优化。从科学发现到产业化的漫长旅程薛其坤强调，从基础科学发现到技术产业化的转化往往需要数十年的时间。以约瑟夫森效应为例，这一物理现象于1962年被发现，但直到40年后，超导量子比特晶体管才得以问世。“基础科研的积累是技术突破的前提，而量子计算领域的这一过程可能更加漫长。”

量子计算的潜在革命：从密码学到气候模拟的颠覆性应用尽管量子计算机的研发之路荆棘密布，但一旦突破技术瓶颈，其潜在应用场景将彻底颠覆现有科技格局。薛其坤院士指出，量子计算的核心优势在于其并行计算能力——传统计算机需要按顺序处理问题，而量子比特的叠加态允许同时探索多种可能性。这种特性使量子计算机在特定领域展现出指数级的效率提升。密码学的地震：量子破解与后量子密码学量子计算对现代密码学构成了根本性威胁。当前广泛使用的RSA加密算法依赖于大数分解的计算难度，而量子计算机通过Shor算法可在短时间内破解这一难题。薛其坤比喻道：“就像用激光切割传统锁具，量子计算让现有加密体系瞬间失效。”正因如此，全球科学家已着手研发“后量子密码学”，试图构建量子时代的新安全屏障。药物研发的加速器：分子模拟的量子优势传统计算机在模拟复杂分子结构时往往力不从心，而量子计算机的并行性使其能够高效处理量子化学问题。薛其坤举例说明：“模拟一个包含100个原子的分子，传统超算可能需要数月，而量子计算机理论上可在数小时内完成。”这种能力将极大缩短新药研发周期，为攻克癌症、阿尔茨海默症等疑难杂症提供全新工具。

气候危机的解药：量子优化与复杂系统建模应对气候变化需要处理海量数据和复杂变量，而量子计算机的Grover算法可将搜索效率提升至平方根级别。薛其坤指出：“量子计算能帮助科学家快速优化碳捕获路径、模拟极端气候场景，甚至预测生态系统的长期演变。”这种能力或将成为人类应对环境危机的“最后王牌”。全球竞赛：量子霸权背后的国家博弈量子计算不仅是科学问题，更是国家战略的核心。薛其坤透露，中国、美国、欧盟等主要经济体已将量子科技列为“非对称性超越领域”。美国国家量子计划投入超10亿美元，谷歌、IBM等科技巨头竞相宣布“量子霸权”里程碑；欧洲则通过“量子旗舰计划”整合科研资源；中国则在“十四五”规划中明确量子科技为“前瞻性布局领域”。“量子技术的领先权将决定未来科技版图的重塑。”薛其坤警告，技术垄断可能引发“量子鸿沟”，加剧全球数字不平等。他呼吁建立“量子伦理框架”，确保技术红利普惠共享。

伦理与风险：当算力超越人类控制量子计算机的超强算力也带来了前所未有的伦理挑战。薛其坤提出三个关键问题：

算力滥用：量子计算可能被用于大规模监控、心理操控等侵犯人权的行为；

不可验证性：量子算法的“黑箱性”可能导致错误决策无法追溯，如金融系统崩溃；

存在性风险：若量子AI与量子计算结合，可能催生超出人类控制的“超级智能体”。

“技术越强大，责任越重大。”薛其坤引用图灵奖得主姚期智的观点，“量子时代的伦理规范必须与技术发展同步，否则算力的跃迁可能成为文明的断层。”结语：站在第三次量子革命的门槛上从1927年索尔维会议上的第一次量子革命，到今天的量子信息科技，人类正在开启第三次量子革命。薛其坤感慨道：“这次革命的复杂性远超以往，它要求科学家不仅是技术工匠，更是文明守护者。”量子计算机或许不会成为每个人书桌上的工具，但它将成为人类探索宇宙奥秘、解决文明危机的“终极算力”。正如阿罗什所言：“科学的意义不在于确定答案，而在于提出更深刻的问题。”量子计算的未来，正是人类智慧与未知世界的永恒对话。当薛其坤院士在中关村论坛结束演讲时，会场投影屏上出现了一张1947年晶体管发明者肖克莱的黑白照片。他轻声补充：“从肖克莱的‘三明治’到未来的量子比特，人类用80年走完了一条从沙子到比特的道路。下一段旅程，或许需要更久，但星光始终在前。”复制再试一次分享