量子科技作為蓄勢發力的經濟增長點被寫入中國未來產業布局，2025年“國際量子科學與技術年”的設立，以及諾貝爾物理學獎對量子領域的表彰，共同標志著該領域已進入產業化的加速期。
量子計算機將成為時序預測、設計新藥、破譯密碼的“超級大腦”，能同時探索迷宮的所有岔路，模擬我們看不見卻身在其中的量子世界。
復旦大學物理學系教授、不籌量子創始人李曉鵬，帶領團隊從事中性原子量子計算的技術路線，利用激光冷卻和光鑷、光晶格等技術，將單個中性原子囚禁并排列成可控的陣列，構筑穩定、可控且規模可擴展的量子信息處理體系，這正成為最具前景的路徑之一。
這項技術不僅追求在特定計算中更低成本的算力、更精密的測量手段，更指向一種根本性的測量與操控范式——在原子尺度上，重新定義計算本身。
01
原理：“平行宇宙”的疊加態
如果說經典比特（cbit）是一枚靜止的、非正即反的硬幣，那么量子比特（qubit）則更像一枚高速旋轉的硬幣，它同時處于多種狀態的疊加之中，直至被觀測的那一刻才坍縮為一個確定結果。量子計算的巨大潛力，源于這種天然的并行性：當數百上千個互相糾纏的量子比特協同演化時，它們便同步探索計算問題中龐大的可能性空間。李曉鵬團隊探索的中性原子體系，是實現這一復雜量子態的理想載體，它使得在特定問題上實現指數級加速，目標直指那些讓當今最強超算也望而卻步的復雜系統模擬。
Q：如果向一位非專業的人介紹您正在從事的研究，您會用什么生活化的比喻去描述它？
李曉鵬：量子計算其實是比較抽象的一個概念，是一項面向未來的顛覆式計算范式。與經典計算基于確定性狀態（如0/1）不同，量子計算可處于多種狀態的疊加，如同創造一個并行演化的“平行宇宙”，因而具備天然的并行計算能力。
經典的比特可以理解為一枚硬幣，非正即反。而量子比特更像是一枚高速旋轉的硬幣，始終處于正反疊加態。對它進行測量，就是把它拍到桌子上，變成一個確定的狀態。在實際計算過程中可能有成百上千個量子比特，如同1000個高速旋轉硬幣，之間存在著復雜的相互關聯。
Q：我們的世界從最底層是遵循量子物理規律的，量子計算是在模擬這個世界生成的方式，這是怎樣的世界觀？
李曉鵬：現在我們認為，自然界本質上就是量子的。量子計算的研究初衷之一，是模擬自然界復雜的現象。自然界現象非常復雜，如果用經典計算機去模擬非常困難，所以必須要借助一臺量子計算機來控制，才能實現對自然界最終極的模擬。經典計算機可以模擬相對比較簡單的現象，但如果要創造一個跟自然界一樣的數字孿生世界，就必須依靠量子計算機。
Q：基于這種全新的原理，量子計算機擅長解決哪一些相對來說經典計算機無法解決的問題？
李曉鵬：這是大家正在研究的很重要的方向。例如玻色采樣，已被嚴格證明，量子計算機比經典計算機存在指數級的優勢。問題的規模越大，它能夠產生加速的效果會越顯著——不僅是在理論層面，在實驗中已經被證實了。前幾年很轟動的“量子霸權”實驗，正是基于玻色采樣。另一個已被證實存在顯著加速的就是隨機線路采樣。但無論是哪種都缺少明確應用價值，有應用價值的問題可能有以下幾方面。
一是質因數分解的問題。如果在量子計算機上有效求解的話，就可以破譯RSA公鑰加密體系，這對國家安全非常重要。原先大家覺得這件事比較遙遠，但近幾年已經漸漸地具有可行性。
二是量子模擬方面的應用前景，例如，我們要用一臺計算機模擬高溫超導里面的電子，或者是一個大分子里面一些電子的行為，探求這個大分子的性質，或者得到更高溫的超導體。這件事情用經典計算機做是非常困難的，但用量子計算機可以更高效地求解。
在人工智能方面，某些特定的問題已經被證明了可以得到顯著加速，但也有許多問題需要解決。
02
突破：前沿的量子態到工程現實
近日，不籌量子完成數千萬元人民幣的天使輪融資，核心團隊主要源自復旦大學中性原子量子計算實驗室，平均年齡在30歲左右。他們面對的是將精妙的物理構想轉化為穩定產品的挑戰：通過量子糾錯編碼，在物理量子比特之上構建出抗干擾的邏輯量子比特，這是實現可擴展通用計算的基石。年輕的團隊正在將實驗室中復雜的光學、真空、控制子系統，整合打磨成標準化、模塊化的核心組件與整機產品，搭建通往未來算力時代的可靠產線。
Q：量子計算這個概念很早以前就誕生了，但是你們的研究正在讓它從“概念”變成“實機”。這是否是“恰逢其時”的機遇？
李曉鵬：我于2016年回國在復旦大學早期從事量子計算相關算法和模擬研究，當時還不是熱門的領域和學科。但是這幾年的發展讓我們越來越確信，量子計算是這個時代應運而生的一項技術。從量子計算的概念提出至今已經有四十年了，基本的原理幾乎無變化，但很多技術有了翻天覆地的發展。
在這次諾貝爾獎頒獎之前，學校、上海市科委、科技部都也敏銳發現了我們團隊的工作前景并給予了很好的支持。隨后我們在中性原子量子計算領域大干快上，尤其在量子優化算法、量子機器學習、量子模擬等方向已經取得豐富的科學研究成果，正朝著打造有實用價值的量子計算機加快推進。近期，我們實現了銫原子千原子的囚禁、單比特門操控、雙比特門操控；在中性原子陣列的研究中發現長程相互作用結合量子漲落可以誘導產生雙超固量子相，相關成果已經逼近國際領先水平。
隨著芯片工藝的發展，從微米級邁向納米級，繼續向前則必然發展到亞納米級，這正是量子力學描述的區間。因此，人類信息技術要繼續前進，單原子的控制技術就是必須跨越的一道障礙，而量子信息技術正逢其時。當前算力與能源需求也呼喚更高效節能的計算范式，量子計算在原理上正具備這一優勢。
Q：您為什么會考慮從一個教授的身份創辦不籌量子公司，公司現在發展的情況如何？接下去的計劃如何？
李曉鵬：我們創辦不籌量子這家企業，有多個方面的考慮。首先是從科學上“第一性原理”的角度考慮。量子計算需要兼顧科技創新與工程落地。世界范圍來看，原子量子計算做得很好的一個團隊是哈佛大學Mikhail Lukin團隊，他們通過與QuEra公司協作，實現了科研與工程的高效結合，這為我們提供了重要參照。
如今，我們已具備軟硬件研發能力，所缺的正是技術工程化這部分。因此，創辦不籌量子這家企業就不再是“可做可不做”，而是邁向世界頂尖的必由之路。我們要定義好公司的產品、它的發展方向、它的里程碑等。比如我們近期要實現整機定制與量子云服務，并圍繞量子計算的關鍵組件打磨產品，如我們自主研發的物鏡與磁光阱技術，可形成一些貨架式的產品。
我個人的理想是把量子計算真正推向應用，在我們這一輩人的努力下真有可能做到。在當打之年，能在一項足以改變生活的劃時代技術中貢獻力量，是我們這一代科研人的幸運。
Q：量子計算機最初的哪些構想我們已經實現了？從實驗室的前沿科學研究，到未來我們依賴量子計算機去提供可靠、精密、強大的服務，最需要攻克的困難是什么？
李曉鵬：量子計算最早的構想中，有很多要素要實現。要實現一個量子計算機的態初始化，要實現高保真度的量子門，要可測量，另外量子非常脆弱，要進行量子糾錯才能做到可拓展的通用量子計算。
我覺得最關鍵的有兩步。一是量子糾錯，技術上已經可以在實驗室演示出來，證明量子糾錯碼是可以成功的。我們要把量子糾錯做好，即使發生錯誤，也可通過這種方式讓它對錯誤不敏感。這是第一點核心技術。
另外一方面就是量子算法的開發。我們需要開發更好的、解決更多實用價值問題的量子算法以及量子加速。最近一兩年，量子計算的發展超出了很多人的預期，大家也就有了更大的信心。一旦找到一個真正有商業價值的突破口，就會形成星星之火、可以燎原的態勢，也許就會出現在我們不籌量子的產品和技術里。
Q：AI的手段可以更精準地控制原子，幫助實現更好的量子計算，可以給我們解釋一下是怎么做到的嗎？
李曉鵬：我們具體用到的是一種強化學習（reinforcement learning）的手段。這就像是讓AI玩一個游戲，目標是更好地控制原子。AI通過強化學習中的獎勵與懲罰機制不斷進步，比如在將原子裝載進光鑷的實驗中，如果用AI控制參數，裝載率越高，AI獲得的獎勵就越多。通過一輪輪實驗的迭代，AI最終能找到優化整個實驗流程的有效策略。
Q：隨著玩游戲的深入，量子計算如何反過來幫助AI本身變得更強？
李曉鵬：我個人覺得，AI的發展現在很重要的一個觀察是規模化法則（Scaling Law），即有更多的數據、更復雜的網絡就會涌現更高的智能。雖然背后遠離還不清楚，但是大量數值的實驗、大語言模型的經驗和觀察印證了Scaling Law這件事情。
基于這個觀察，有理由相信量子賦能AI肯定會帶給我們巨大的驚喜。因為量子線路本身足夠復雜，也就能夠帶來更豐富的表示能力，在我看來這就是更高的智能。
03
未來：“指哪打哪”與量子時代的底層邏輯
量子計算機賦能的前景廣闊：它將實現新材料的“按需定制”，提升氣候科學與金融建模的精準預測，并可能催生真正具有理解與創造能力的下一代AI。這不僅是工具的升級，更是一場對物質、信息乃至智能本身進行設計與編程的底層革命。
李曉鵬描述量子計算的理想形態時稱，量子計算發展到極致可做到“指哪打哪”——通過制備和操控量子態，近乎完美地實現指定演化，即使存在不完美，也能通過糾錯使之完美達成。
Q：在當下，量子計算如何和其他領域結合并運用到現實生活中？
李曉鵬：前一段時間上海市公布了上海量子計算十大應用場景，涵蓋金融、氣象、密碼安全、醫藥及新材料研發等領域。我覺得這些是對未來的應用場景的一個探索。從目前進展看，多個方向均展現出良好前景，但仍需各方持續努力推進。
Q：想象一下，對10年后的一位普通的市民來說，您的研究會怎樣使TA的生活受益？
李曉鵬：其實只要是用到巨大算力的地方，量子計算機就可以提供不一樣的選擇。以氣象預測為例，未來公眾或可同時參考經典計算機與量子計算機的預報結果進行選擇。如果有超過50%的公眾選擇量子計算機的結果，那也是量子計算的一種優勢。
量子計算應用于復雜時間序列預測，確有它的獨到之處。與我們關聯較大的地方，如新材料的開發，目前新材料開發依賴實驗室反復試錯，而未來若能實現按功能精準定制材料，將為生活帶來深刻變革。
Q：人類生活在這個物理世界，就像在走迷宮。通過經典計算只能走一條路。但是通過量子計算，我們是否可以用“上帝視角”俯視這個迷宮？
李曉鵬：走迷宮的說法蠻貼切的。有一個專業的算法領域叫量子游走（Quantum Walk），它有點像在迷宮里面行走。經典行走是一次只能走迷宮的一條路，而量子行走可以同時走不同的路線。所以它能更好地找到出口。
若迷宮中包含1000個節點（即1000個路口），每個路口需做一次選擇，則路徑可能性總數高達2的1000次方。經典計算需遍歷全部可能性才能判斷出口，而量子計算可將復雜度降至1000的多項式，如1000的1次方、1000的平方等，遠低于指數規模。這一具體實例清晰體現了量子計算所能實現的指數級加速。
Q：在量子計算研究的日子里，您有沒有哪個瞬間覺得自己是開創者？
李曉鵬：在我看來，科學家更像是創造某種鑰匙。我們發展一種關鍵的技術，打開面向未來的一扇門。歷史的發展不是一個人創造的，回看計算機的發展，圖靈最早提出了“圖靈機”的概念，后續科學家造出電子計算機、推動互聯網與人工智能落地。他們雖未能預見今天的世界，但他們還是造一把鑰匙，把一扇門打開，讓大家看到這扇門之后有美妙的風景。
如今我們建造量子計算機、開發底層算法、推動其走向市場，解決了A、B、C、D的基礎問題之后，未來如何被使用、將創造怎樣的世界，則需要所有人與市場主體共同參與和塑造。這個新世界不是我們創造出來的，而是它本來就該在那里，它會成長成什么樣子，會有自己的生命力。
來源｜復旦科創
組稿｜校融媒體中心
文字｜周惠儀
圖片｜受訪者供圖
視頻｜復旦科創
編輯｜馬銘澤
責編｜葉鸝
