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俞大鹏院士（中）跟团队成员讨论科研问题。受访者供图

习近平总书记强调：“要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。”

量子计算被称为本世纪最具颠覆性的技术之一。从物理学家笔下的抽象公式，到如今全球各国竞相布局的关键领域，量子计算走过了一条怎样的道路？它为何如此重要，又面临着哪些挑战？本期“院士讲科普·未来产业”，中国科学院院士、深圳国际量子研究院院长俞大鹏为我们一一解答。

——编 者

从量子力学到量子计算：一场跨越百年的思想接力

量子计算的诞生，根植于20世纪物理学最深刻的革命——量子力学。

1900年，物理学家普朗克提出了一个假设：能量的吸收和释放不是连续的，而是以最小的“能量子”为单位进行的。这个假设打开了通往微观世界的大门。随后，爱因斯坦、玻尔、德布罗意、薛定谔、海森堡、狄拉克等一批科学巨匠相继构建量子力学的理论大厦：德布罗意提出“波粒二象性”，薛定谔给出了描述量子状态的“波动方程”，海森堡揭示了微观世界最反直觉的特征“不确定性原理”。

量子力学的价值不止于解释微观世界。20世纪后半叶，基于量子力学原理的第一次量子科技革命给人类社会带来深刻改变，激光、半导体、磁共振成像等技术均与量子力学相关。其中，基于固体能带理论的半导体技术更是催生了电子信息产业。

真正将量子力学推向计算科学前沿的，是20世纪80年代的一系列理论突破。物理学家理查德·费曼提出，既然自然在根本上遵循量子力学的规律，那么用经典计算机模拟量子系统必然面临指数级的困难——或许可以建造一台遵循量子力学原理的计算机来模拟量子世界。这一构想为量子计算打开了可能。

从构想到实践：量子计算的驱动力与技术路径

进入21世纪，量子计算从理论构想走向工程实践，推动这一进程的有三大驱动力。

一是需求驱动。在数字时代，“算力决定一切”。然而，随着晶体管尺寸逼近物理极限，传统计算机的算力增长遇到了“天花板”。与此同时，大数据、人工智能、药物研发、气候模拟等领域对算力的需求快速增长，人们迫切需要一种全新的计算范式。

二是操控能力的飞跃。经过数十年的技术积累，人类已经能够在量子态层面精确地操控微观世界。从囚禁单个离子到制备单个光子，从精确控制超导量子电路到操纵单个原子，这些曾经难以想象的能力，如今已成为实验室的日常。

三是量子力学自身的深化。回到量子力学建立之初，就连爱因斯坦、薛定谔等科学巨匠也对量子纠缠、量子叠加等特性深感困惑。2022年，诺贝尔物理学奖授予量子纠缠实验方面的开创性工作；2025年，诺贝尔物理学奖再次授予在电路中观测到宏观量子隧穿与能量量子化的科学家。由此可见，人类对量子世界的理解正不断深化。

在技术路径上，量子计算呈现出“百花齐放”的格局。主要的技术路线包括超导量子计算、离子阱、光量子计算、中性原子、硅基量子点等。

超导量子计算是目前的主流技术路线，全球超30%的量子计算企业选择了这一方向。2025年，中国科学技术大学团队发布的“祖冲之三号”超导量子计算原型机刷新了超导体系的量子计算优越性世界纪录。

光量子计算是中国具有显著优势的领域。从2020年的76光子“九章”原型机，到2023年的255光子“九章三号”，中国科大团队在光量子路线上持续领跑。

尽管各条路线都有长足进步，但量子计算距离提供通用、可容错的算力支撑仍有相当距离。中国信息通信研究院发布的《量子计算发展态势研究报告（2025年）》指出，当前量子计算正处于技术攻坚的关键时期，未来何种技术路线能在竞争中胜出尚不明确。

中国量子计算：从跟跑到并跑的前沿探索

中国在量子计算领域的发展速度令世界瞩目。

2019年，谷歌宣称凭借53比特超导处理器“悬铃木”率先实现了量子计算优越性。2020年，中国科大团队成功研制76光子的“九章”光量子计算原型机，这一成果使我国成为第二个实现量子计算优越性的国家。次年，“九章二号”和“祖冲之二号”相继问世，使中国成为全球唯一在两条技术路线上均达到量子计算优越性的国家。