2022年10月21日晚，由北京现代物理研究中心、北京大学物理学院、北京物理学会主办的北京大学物理学科卓越人才培养计划“名师面对面”第三场活动在北京大学老化学楼东配楼101教室举行。中国科学院物理研究所研究员、北京量子信息科学研究院院长、“物理卓越计划”科学指导委员会副主任向涛院士应邀作了题为“量子信息技术的物理基础”的报告。本场活动由北京大学物理学院院长、北京现代物理研究中心副主任高原宁院士主持。

近年来，量子信息技术发展突飞猛进，成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。从科学技术史的视角，20世纪无疑是被物理学定义的世纪。量子力学作为描述微观物质世界基本规律的理论体系，与相对论一起构成现代物理学的理论基础，也奠定了现代信息技术发展的科学基础。

1900年，普朗克（M. Planck）提出具有划时代意义的“量子”概念。随着量子力学理论体系的建立与完善，人们通过对量子效应的发现与认识，发展了以半导体、磁存储、激光为代表的量子技术并加以应用，导致上世纪四五十年代兴起的第一次量子技术革命。新世纪以来，随着迎来第二次量子技术革命，人们通过主动操控量子态（即通过宏观手段对微观量子态进行操控）来实现信息处理的指数加速。量子计算、量子通信、量子传感与精密测量等三大量子信息技术的研发与应用在全球范围方兴未艾，其中量子计算是量子信息技术的核心，量子通信技术可规避量子计算对现有通信信息安全的威胁，量子传感与精密测量技术有望在在未来万物互联时代覆盖信息技术服务的所有领域。

向涛指出量子信息技术革命是第三次科学革命的必然结果

向涛以磁悬浮超导体的实验视频引导同学们步入量子技术革命的前沿；以“薛定谔猫”（Schrödinger’s cat）在生死边缘游走的实验情境阐释了量子相干性、量子不可克隆性、量子纠缠性，启发同学们思考“量子物理与经典物理究竟有何不同”，关注“量子计算机较经典计算机之颠覆性何在”。

与采用二进制数的经典计算机不同，量子计算机采用的是一套全新的计算范式。量子指数加速作用一旦实现，必将引发信息处理的革命性变革，从而有可能破解一系列目前无法解决的问题。自从1981年费曼（R. Feymann）提出“用量子计算机精确模拟物理世界”的思想以来，量子计算不断激发科学家的好奇心与想象力，但迄今仍处于科学原理验证和基础技术攻关的阶段。向涛将量子计算研究所面临的困难形象地比做“让一头大象在一根细钢丝上跳舞，既不能让大象掉下去，也不能让细钢丝断掉”。

向涛用“薛定谔猫”阐释量子世界与经典世界的差别

向涛指出，量子信息技术呈现高门槛、高投入、高风险、高回报的特征，尽管当前的发展路线、发展目标存在不确定性，但有望在保障信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典技术的瓶颈，不仅能够深入到信息处理的每一个角落，更将成为信息、能源、材料和生命等领域未来重大技术创新的源泉，为保障国家安全和支撑国民经济高质量发展提供核心战略力量。

在报告的最后，向涛概述了量子计算的发展现状与趋势，展示了我国近年来取得的重大创新成果，分析了我国现阶段面临的机遇与挑战。他强调，量子信息技术正在引领新一轮科技革命和产业变革，迫切需要多学科高度交叉融合和多技术领域系统集成；而量子计算的发展取决于基础理论研究从“0”到“1”的突破，这也是我国亟需加强高层次人才培养、高水平国际合作及产学研协同创新的根本原因。

报告结束后，陈颜忻、陈思源、侯宗岳、侯翰飞、李坤昊、张亦鑫、张纪烨、田春迅等“物理卓越计划”2022级本科生就今年诺贝尔物理学奖研究工作、中等规模带噪声量子计算（NISQ）等内容踊跃发问。向涛一一耐心作答，并以第五届索尔维会议诸位世界顶尖物理学家的经典合影鼓励同学们用量子计算解决复杂物理系统中的问题，未来成长为能够把握世界科技大势的战略科学家。

认真听讲、踊跃提问的同学们

高原宁向向涛赠送“物理卓越计划”2022级开班式的合影

北京大学物理学院许甫荣教授、曹庆宏教授、杨振伟教授、马文君研究员、王思广副教授和“物理卓越计划”2022级辅导员等也出席了当日的活动。

衷心感谢物理学院党委书记刘雨龙友情客串本场活动的摄影师