郭光燦院士是一個健談的人,而且語氣充沛,嗓門敞亮,尤其是在聊他的專業(yè)——量子科學(xué)的時候,對《科學(xué)大師》記者的問題來者不拒,照單全收。
這位77歲的老人,有不少值得說道的地方。
在中國的量子科研領(lǐng)域,郭光燦具有不小的代表性,他屬于量子研究的開拓者和領(lǐng)軍科學(xué)家之一。2003年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士,這是中國量子科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生的第一批院士,當(dāng)時總共才選出了兩位。
在量子領(lǐng)域,郭光燦做了很多事情,用大白話來講,是極能“折騰”的一位科學(xué)家。
1980年代初,他開始轉(zhuǎn)向量子光學(xué),1981年公派出國訪學(xué),后來有一次參加在美國羅切斯特大學(xué)召開的國際光學(xué)會議時,郭光燦深感中國在這個方向落后太多,人家已經(jīng)搞了二十年,基本理論都弄清楚了,國內(nèi)學(xué)術(shù)界卻還在質(zhì)疑量子光學(xué)發(fā)展有無意義,采取閉門拒之的態(tài)度。郭光燦說,他當(dāng)時的一個想法就想著一定要回國把量子光學(xué)發(fā)展起來。
1984年回國,郭光燦的一個舉動就是組織召開首屆全國量子光學(xué)會議,沒有錢,他向?qū)W校爭取了兩千元經(jīng)費。不能自由辦會,他就游說中國光學(xué)學(xué)會,搭一個便車,掛靠在他們的學(xué)術(shù)會議上開。為了發(fā)展量子科研,他甚至還給著名科學(xué)家錢學(xué)森寫信,爭取錢老的支持和聲援。此后,他又以一人之力,在國內(nèi)率先編輯出版了中國第一本《量子光學(xué)》教材,開設(shè)了第一門《量子信息》課程。
郭光燦喜歡用坐了20年冷板凳、很孤獨等話來形喻自己的科研歷程,選擇在當(dāng)時還是冷門的量子科學(xué),沒有人搭理,也就意味著沒有研究經(jīng)費,揭不開鍋。在老朋友、中科院物理所研究員吳令安眼里,郭光燦是一個頭腦活絡(luò)的人,為了發(fā)展科研,很會跑門路。他早年曾找過兩類十分要害的機構(gòu)尋求合作,一類是銀行,一類是部隊,認(rèn)為量子信息在這種機構(gòu)當(dāng)中會有市場,結(jié)果有得有失,銀行沒談成,部隊上的業(yè)務(wù)關(guān)系倒是建立了。
郭光燦記得,自己新創(chuàng)建的校級開放實驗室破格參加中科院信息領(lǐng)域的院重點實驗室的評估,被評為第一名,獲每年350萬元經(jīng)費的支持,很快地被正式批準(zhǔn)為中科院量子信息重點實驗室(據(jù)該實驗室官方資料:這是中國量子信息領(lǐng)域第一個省部級重點實驗室)。得到資助后,郭光燦第一個選擇是搞量子密碼研究,因為他判斷這對國家有用,以此再拿量子密碼去向相關(guān)機構(gòu)繼續(xù)化緣要錢,拿到新的經(jīng)費之后,他開始重點布局與量子密碼相關(guān)但又別有天地的量子計算機科研,盡管當(dāng)時還沒有人重視這個。就這樣把量子計算機研究開展起來了。
他說,“否則我根本沒法活。”
有趣的是,在搞量子科研的過程中,郭光燦還被指斥是在搞偽科學(xué),在他們中國科技大學(xué)本校內(nèi),就有一些物理系的老教授曾經(jīng)聯(lián)名致信校長,對郭光燦的科研工作加以反對和批評。
郭光燦的坎坷,在2001年得到舒緩。這一年,經(jīng)過四次申請碰壁之后,說服了幾個關(guān)鍵的委員,郭光燦從科技部“973”項目中申請到了一筆2500萬元的研究經(jīng)費,中國973項目第一個“量子通信和量子信息技術(shù)”課題于此時也正式成立,郭光燦擔(dān)任首席科學(xué)家。
《科學(xué)大師》記者注意到,在這個課題組名單中,除了領(lǐng)銜的郭光燦,還有當(dāng)今另外兩位量子科學(xué)領(lǐng)域的院士:一位是1980年代與郭光燦同時在美國訪學(xué)的山西大學(xué)教授彭堃墀,一位是如今在量子領(lǐng)域炙手可熱的科學(xué)家潘建偉。他們當(dāng)年也在其中分別擔(dān)任了課題負(fù)責(zé)人。
也就是從那時候開始,隨著全球形勢的變化遷移,量子科學(xué)逐漸變得熱門起來,人們開始發(fā)現(xiàn)和正視它包含著的可被挖掘的潛在價值點。現(xiàn)在這已經(jīng)是一項國際間的科研競賽,量子科學(xué)也被中國政府放置到了國家科研戰(zhàn)略需要重攻突破的高度。
但《科學(xué)大師》記者在采訪郭光燦院士之后也發(fā)現(xiàn),在量子科學(xué)家之間,實際上對中國量子科研的發(fā)展方向和路徑仍存在一些分歧。量子通信當(dāng)前無疑是輿論矚目的明星項目,中國也被認(rèn)為在這方面是走在了國際前列,具有領(lǐng)先性。不過郭光燦也提出,真正應(yīng)該重攻的是量子計算機,而不是量子通信。他很擔(dān)心在量子科研方面中國出現(xiàn)路徑選擇失誤。
“其他的量子技術(shù)也有用,也會逐步用到社會上,但和量子計算機相比,沒有顛覆性的作用,”郭光燦說,“我現(xiàn)在不是擔(dān)心我們實驗室的事,我擔(dān)心我們國家的方向要是偏了,我們就貽誤了一個顛覆性新技術(shù)的發(fā)展。”
10月23日,谷歌公司宣稱,他們用時13年,已經(jīng)在量子計算器上實現(xiàn)了“量子霸權(quán)”(通俗來理解,即指量子計算能力和效率上可以做到絕對碾壓傳統(tǒng)計算機)。據(jù)報道,他們的量子系統(tǒng)只用了200秒完成一個計算,而同樣的計算用當(dāng)今最強大的超級計算機Summit執(zhí)行,需要約10000年(據(jù)新智元等媒體)。消息一經(jīng)披露,學(xué)界震動,中國的量子科學(xué)家也對此抱以肯定和歡迎的態(tài)度,認(rèn)為這是“新技術(shù)時代即將到來的曙光”(量子科學(xué)家潘建偉語)。這種形勢,似乎也應(yīng)證著郭光燦對于量子計算機重要性的看法。
為量子科研奔忙了大半生的郭光燦,孩子卻沒有跟著一塊進(jìn)入物理專業(yè),而是另往計算機軟件專業(yè)的領(lǐng)域另謀發(fā)展去了。因為打小就看到當(dāng)?shù)?ldquo;挑燈夜讀”的場景,留下了一種心理暗示。
“很小的時候,半夜冷得要死,合肥冬天又沒有暖氣,看我還在看書,還在那兒凍著,他說我不要像我爸那樣累,搞物理太辛苦了。我也不強求他。”郭光燦說。他這一代人,成長期中剛好遇到“文革”,有十年時間沒能繼續(xù)學(xué)習(xí),等到運動結(jié)束,一種心態(tài)就是自我催促著趕緊補課,搶回時間。他說自己是趕上時代的尾巴,拼命抓住了機會,而和他同時代的很多人,在時代浪潮卷裹中,沉沒下去的、不成功的也有很多,“我二十二歲大學(xué)畢業(yè),耽誤了十年,正是最黃金的時候”。
一,“量子霸權(quán)”不會很快實現(xiàn)
《科學(xué)大師》:谷歌近期公開宣稱他們已經(jīng)實現(xiàn)“量子霸權(quán)”了,您作為量子科學(xué)家,怎么看這個事?
郭光燦:谷歌研發(fā)的這個量子計算機,是在很短時間里可以針對性地解決那樣一個相應(yīng)的問題,而不可能在所有時間里處理任何問題都行,他們還不能實現(xiàn)常態(tài)化的、長時間的運算能力,相干時間就那么短,所以有爭議,人家說你這到底是不是霸權(quán)?你解決這個問題的能力超過我,但我解決別的問題能力可以超過你。不過雖然有這種爭議,但它證明起碼量子計算機的科研是往前走了,這是一個進(jìn)展。
量子計算機的實現(xiàn)是這樣的,從原型機研發(fā)上來講,第一步就是要把它做成儀器器件,可以移動,你要買,我可以賣給你,(這臺儀器)里面什么都有,硬件、軟件、操作系統(tǒng)全包在一塊了,不是(分)散在實驗室里。(能做到這一步)這個已經(jīng)不容易,因為從實驗室原理演示成功,到能做成可商用的這種成型器件,中間要解決好多技術(shù)、工程問題,這中間很復(fù)雜的。他們能做到這一步,我認(rèn)為是很重要的進(jìn)展。很多人看不到,認(rèn)為這有什么?大家不知道,他們已經(jīng)做成器件了,是個量子處理器了。然后再往下走實現(xiàn)操控100個比特,我估計就夠了,就實現(xiàn)量子霸權(quán)了。他們現(xiàn)在是能操控53個比特,我認(rèn)為還差點兒。
我認(rèn)為現(xiàn)是量子計算機已經(jīng)走到第一步和第二步之間,但要到通用機,還非常遠(yuǎn),非常困難。
《科學(xué)大師》:您能給一個可預(yù)計的周期么,可能還需要多少時間?
郭光燦:有人估計是十五年,但我認(rèn)為說不準(zhǔn),有可能快也有可能慢,但我認(rèn)為幾十年內(nèi)是可以實現(xiàn)的。
這里面有幾個問題要突破,第一個是在宏觀世界要使微觀的量子性保持下去是很難的。第二個我要操控這個量子世界,用經(jīng)典工具去操控,我不知道怎么操控更好。
現(xiàn)在我們?nèi)祟惒倏匾粋€量子比特,就得諾貝爾獎了,如果我能操控一百萬個,你同時又能很精確操控每一個,那談何容易啊?
但人在經(jīng)典世界的操控,也不是一下子就會的,我們剛開始用,所以早晚會慢慢提高的,早晚會達(dá)到的,這是我堅信的原因。我的底氣在于我認(rèn)為量子力學(xué)是對的,都被科學(xué)驗證了,一百多年來誰都想挑毛病,都挑不出來。(我認(rèn)為)只是技術(shù)做不到,人類腦袋是夠用的,技術(shù)也是可以提高的?,F(xiàn)在大家都在探路,看誰聰明,誰找到點子,誰找到新技術(shù)。
二,“誰先把量子計算機搞出來,誰就占了制高點”
《科學(xué)大師》:我們國家的量子計算機科研水平怎么樣,和他們相比的話?
郭光燦:我們可以講在這一塊是走在國際第一梯隊,美國的量子計算機的研究信息和進(jìn)展是公開的,相比較而言,我們的量子計算機研究是落后了他們五年,在這一點上實事求是,我們也不忽悠。我們還沒有搞出量子計算機。
第一梯隊指的是研究水平,我們在國際學(xué)術(shù)界不斷有新的研究文章出來,而且有些很重要,也有不少課題質(zhì)量很高,各方面理論都是做得很前面,能夠與國際上一流的機構(gòu)進(jìn)行對話。
像我們實驗室,最開始我們是到國外學(xué)習(xí),派學(xué)生到那他們那兒工作,學(xué)到技術(shù)再回來?,F(xiàn)在完全不一樣了,現(xiàn)在國外學(xué)者到我們實驗室來做研究,他們找不到像我們實驗室這么高水平的實驗裝置,他們想搞理論研究,跟我們一討論,馬上做出世界一流的成果發(fā)表在國際刊物上。我們實驗室有好幾個小組,以色列、美國、歐洲的人都有,這個就倒過來了。
我早說了,量子計算機是最重要的,十年前我就開始鼓吹這個,拿了錢我們也在做,但是總的國家投入還是很少,更多是投到了別的量子項目中去了。我們國家要是五年前就開始做,就不至于會輸他們的,美國是2012年之后開始大搞起來,他看到有希望了,他就投入了。
現(xiàn)在的情況就是這樣,國際上也都起來了,主流的量子計算機你不投入不大力發(fā)展,組織不好,那我們整個還是要落后。
我的一個看法是,最后在這個領(lǐng)域里能不能在國際上有位子?有競爭力的量子計算機是不是能在我們國家誕生,使我們不需要再向美國買,不需要像電子計算機的芯片,受人家的控制?如果到時我們不受人家控制,我們能獨立了,我認(rèn)為就是成功的。如果做不到這一點,我們就失敗了,我擔(dān)心的是這個。我已經(jīng)為這個領(lǐng)域奮斗了一生,我擔(dān)心的是最后沒達(dá)到,讓別的國家拿走了,搶跑了。
《科學(xué)大師》:您不擔(dān)心別人會說,哦,郭院士是因為他自己在搞這個,所以當(dāng)然要極力強調(diào)量子計算機的重要性了。
郭光燦:不,其他的量子科研項目,我也搞,我搞得比別人不差,我實驗室下面有八個研究室,量子計算機是其中一個而已,還不是人最多的,像量子通信、量子密碼、量子傳感還有量子基礎(chǔ)研究,我都有做,布局得比較全面。但我始終認(rèn)為,最重要的就是量子計算機,其他的量子項目也不是不重要,我們量子密碼也搞了二十年了,也可以用,也可以為國家做貢獻(xiàn),但它的影響度絕對不如量子計算機。
我追求的目標(biāo)就是在中國把量子計算機搞起來,希望在國際上領(lǐng)先,這是關(guān)系到國際未來信息技術(shù)競爭的成敗。我可以講,誰先把量子計算機搞出來,誰就占了制高點,就是一個強國的標(biāo)志。它確實無人可以超越,所以我認(rèn)為這個才是一個時代的標(biāo)志。
《科學(xué)大師》:從實際社會生活出發(fā),這個量子計算機研制出來,對社會生產(chǎn)力會帶來什么改變?
郭光燦:比如我處理數(shù)據(jù)快了,原來是做不到的,比如制藥,你半年才搞一個,我一個月或幾天就給你模擬好了,你制藥速度不是更快、更準(zhǔn)確了嗎?所以整個生產(chǎn)力會大大提高,因為計算才是整個生產(chǎn)力的工具嘛,是很重要的工具。
三,中國如何做才能在量子計算上取得優(yōu)勢?
《科學(xué)大師》:既然量子計算很重要,大家在意識上也在不斷提升,您覺得中國會有機會取得突破么?
郭光燦:很難講,中國人如果就是以論文為導(dǎo)向,不管其他,很懸。這種技術(shù)上的突破,要慢工去做,要有工匠精神,要追求很細(xì)致的鉆研,你才有積累,才有突破。如果你說我反正就要出篇好文章,我就找哪個最能、最容易出文章的(方向)去做,這樣你永遠(yuǎn)做不了?,F(xiàn)在科學(xué)界太浮躁,太功利了,你多發(fā)表幾篇文章,文章數(shù)量很多,引用率很高,但最后技術(shù)(還)是人家的,專利(還)是人家的,你還向人家買東西,我們國家這樣不可能是強國。
為什么我說美國發(fā)展得那么快,他們是公司投入,公司不是以發(fā)表文章為導(dǎo)向,他是以占領(lǐng)市場為導(dǎo)向。量子計算機是他的,量子算法也是他的,量子軟件也是他的,你帶著他的軟件,量子操控系統(tǒng)你也帶著他的,你要等他把整個高地都占完了,你打不過(他了)。
包括美國自己的公司也相互競爭,不光是跟別的國家。美國政府也希望他們互補,所以白宮曾經(jīng)把幾個公司召集起來開會,說你們不要太競爭,我們還要整個國家來對外競爭。那我們中國人傻乎乎的,只是還在那兒搞文章,我們肯定不如人家的,應(yīng)該做有競爭能力的體現(xiàn)國家實力的這種技術(shù)和器件,以這種研究為目的才行。如果你說我研究這個對我提職稱沒用,我提不了教授、我當(dāng)不優(yōu)青、當(dāng)不了杰青、當(dāng)不了院士,那完了。
當(dāng)然,國家起碼在政策上也要鼓勵這些人,給這些人相應(yīng)的待遇和職稱,讓他們?nèi)σ愿秮碜鲞@件事,國家要看到這個現(xiàn)實。我認(rèn)為這是雙方面的。
《科學(xué)大師》:您之前提出要用兩彈一星的精神來做量子科研,為什么這樣主張?
郭光燦:中國當(dāng)年搞兩彈一星時比較窮,力量不夠,經(jīng)費也不夠,怎么跟美國競爭啊?我舉國家的力量來干這個事,一定能搞出來。個人小打小鬧一定搞不出來。
現(xiàn)在放到量子科學(xué)上我還這么講,量子計算機要不這么做,我們還是搞不過人家的,他們大公司什么都有,我們光靠實驗室、大學(xué)、研究所單打獨斗是不可能的,我們的公司也沒有美國的好和大,實力也不強。
還是要有一個制度優(yōu)勢。一是在這個領(lǐng)域里要以目標(biāo)為導(dǎo)向,改變以論文為導(dǎo)向的做法,我就要把量子計算機做出來,實現(xiàn)可應(yīng)用的目標(biāo)。量子計算機先搞,不要追求發(fā)表什么文章,基礎(chǔ)研究你發(fā)表文章可以,但這種對國家有重要意義的,而且已經(jīng)證明了的,目標(biāo)明確,你就探索去。
第二是隊伍的問題,必須整合。量子計算機不是一個方面,方方面面的人都有,硬件、軟件、材料、操控系統(tǒng)等等,要把做這些方面的最強的隊伍整合起來,大家分工,你做這個我做那個。這樣做,才有可能拉近和美國的距離,否則你沒法跟他們競爭。
國家要做這件事,想辦法給他們錢,把最強的力量組織起來,這個要組織大部隊,不是游擊戰(zhàn),尤其是現(xiàn)在已經(jīng)落后人家了,要趕過人家更難。不僅僅是經(jīng)費的問題,更重要是組織的問題。
四,別人是卡不住我們脖子的
《科學(xué)大師》:我們之前采訪也了解到,由于國際形勢的變化,我們國家的量子科學(xué)家在被人卡脖子,某些方面被禁運。量子科學(xué)這一塊,能怎么卡我們?
郭光燦:卡脖子是在底層,就是材料這一塊,另外搞實驗?zāi)愕糜袃x器,做實驗的元器件也被卡。以前外部環(huán)境好的時候,我們這些底層的東西沒有被卡,我們就拿錢買來做實驗就行了?,F(xiàn)在他們在儀器上卡我們,尤其是關(guān)鍵儀器卡我們,我們就自己做,雖然開始我們做慢點兒,性能上不一定最優(yōu),但多少年后總有我自己能做出來的。
問題是,當(dāng)我們的儀器自己能做了,他又在儀器所用的材料上卡你了,導(dǎo)致我們就又要從原材料做起,所以卡脖子是在這一層。這也不光是在量子上面,幾乎所有領(lǐng)域都面臨這樣的情況,是普遍的,包括互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域都這樣。
我們(量子科研)用的原材料,主要是硅,特殊晶體,對這種材料要求的純度非常高,還有其他一些材料。我們本來就應(yīng)該發(fā)展這些東西的,但以前國內(nèi)人沒有這個意識,就靠從外面買,覺得買來就行,所以導(dǎo)致做基礎(chǔ)材料的人很少,而且又不容易出成果,周期又長,他又發(fā)表不了文章評職稱,沒有太多人愿意做這個。中興事件以后,國家重視了,只要是卡脖子的技術(shù),什么卡脖子,我得趕快做起來,我得扶持。
但是現(xiàn)在反過來又出現(xiàn)一個現(xiàn)象,什么技術(shù)都講自己被卡脖子,實際上有些不是?,F(xiàn)在國內(nèi)這些人就是混水摸魚,你不是希望扶持被卡脖子的嘛,我就什么都說是卡脖子的,突出自己的重要性,這個風(fēng)氣也很不好。
《科學(xué)大師》:那這個卡脖子的問題豈不是很棘手,我們能應(yīng)對得了么?
郭光燦:卡不住我們的,我最多就是做慢一點,還是能做出來的。材料上也是可以變通的,還不至于像中興那樣,我的芯片完全靠他供給,他一斷貨我就生產(chǎn)不出來了,量子科研不會到這個地步。
人家不賣東西給我們,是會有影響,但現(xiàn)在我們基本大的儀器都買齊了,受影響的是材料,最關(guān)鍵的是那個材料,但我們暫時還有之前買來的備用的,另外從美國以外有些也能找到,總還有活路。
我們國內(nèi)開始自己做,做到一半以后達(dá)到要求了,慢慢就過了這個瓶頸,我們就可以強大起來。像華為一樣的,主要的東西我自己有,你卡我沒用。
五,競爭力的指標(biāo)之一就看掌不掌握核心專利
《科學(xué)大師》:聽您這么講,我們的科學(xué)家還是有底氣的。
郭光燦:我這邊2006年就開始做(量子計算科研)了,到2011年才拿到國家給的一筆大錢,真正開始做大的實驗。我們的專利在國際上排名第十二,是國內(nèi)唯一一家進(jìn)前二十的,就是量子計算機的專利。IBM有一個小組專門關(guān)注我們實驗室的進(jìn)展,我們一有進(jìn)展,他們馬上報道。
我們希望在世界第一梯隊中能有自己的知識產(chǎn)權(quán)和核心專利,哪怕你做出量子計算機,我也做出量子計算機,我有核心專利,你也有,我們可以互相交換,不至于說我一點都沒有,全部讓人掌握住,那我就完了。
我說的是核心專利,不是一般專利,就是你要做量子計算機,我這個專利是繞不過去的,這才是核心專利,他就得買你的,所以現(xiàn)在是比拼誰拿到的核心專利最多。如果雙方都有核心專利,那我們就相互交換吧,我們就討價還價,競爭就在這兒。
像我們所做的北京到天津的量子密碼穩(wěn)定性,這個專利我認(rèn)為就是最重要的,它是國際專利,哪個國家都需要我們的專利,你繞不過去,一定要向我買。
競爭不一定是你獨霸天下,把所有人都打死,但人家做在前面,把所有的專利都拿走了,你后面跟著他,你就掌握不了多少核心專利,這就是我擔(dān)心的東西。
六,量子性不穩(wěn)定的問題已有求解辦法
《科學(xué)大師》:我們知道,量子是一種很難捉摸的東西,它是不穩(wěn)定的,就是您前面也提到的相干性的問題,很容易受外部環(huán)境影響,這個是怎么回事?
郭光燦:十年前我做天津和北京的兩地試驗(指在量子密碼研究中,2004年郭光燦團隊在原網(wǎng)通公司的商用光纖上實現(xiàn)從北京到天津之間125公里單向量子密鑰傳輸),就是要解決一個關(guān)鍵技術(shù)問題,這是我們一個專利。
我們在實驗室里做,發(fā)現(xiàn)相干性非常不穩(wěn)定,一個光子你要讓它保持相干性很難,動一動就死掉了,敲一敲桌子它就丟了,這叫穩(wěn)定性問題。你實驗室里都不穩(wěn)定,要拿到郊區(qū)普通的光纖里,經(jīng)受風(fēng)吹雨打,那個影響更大,所以要解決穩(wěn)定性問題,是要絕對穩(wěn)定的,你拿到哪兒應(yīng)用都是穩(wěn)定的才可以。
科學(xué)大師:現(xiàn)在還無法解決相干性穩(wěn)定的問題嗎?
郭光燦:目前看,相干性想要常態(tài)化地保持下去,在宏觀世界里還不行。不過能解決,物理學(xué)家已經(jīng)提出可以解決的理論方案,叫做糾錯容錯編碼,就是指在宏觀領(lǐng)域里把相干性保持到足夠長,但技術(shù)上要實現(xiàn)非常困難。你對量子比特操控的能力很差,這就麻煩了,這是技術(shù)問題。這些問題不解決,量子計算機永遠(yuǎn)做不出來。
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