各位下午参会的代表，各位领导大家下午好！非常高兴有这个机会到北京来给大家汇报一下我们从事这个科研的工作，今天报告的题目我想介绍一下量子计算与精密测量，这个等于是量子信息里面的两大方向，实际上科学技术确实是推动一个人类文明进步，目前量子科学很可能是21世纪促进人类文明基础最重要的基础科学，大家可以回顾一下，就是英国大家知道是大英帝国，当时英国的能力在哪儿，英国能力在蒸汽机和轮船，他可以到全球各个地方，铁路机车把货物人员可以在陆地上进行，那这个技术的推动是蒸汽时代，蒸汽时代背后科学是什么，背后的科学是今年跟量子力学所对应，到了一站前期二站之前这一阶段主要是英国跟美国两个强国，那个时候大家主要是电气，电的发明导致整个电气化的时代到来，背后的科学是什么，是电磁学和电动力学，到了二战以后，到二战末期形成的雷达形成很多的包括原子弹包括后面的一些东西，人类进入了信息时代，背后的科学是什么，那是量子力学是计算科学跟电子学，所以实际上大家看到每一个世界强国发展的过程中间都推动了一个不同的科学时代，而这些科学里面很多是理工北京的数理学科，这个也是为什么我们一直强调要有一些基础研究要国家加强基础研究。

量子力学大家最近挺热闹，很难把这个概念讲的很清楚，大家从出生到现在过去100恩年我们的量子力学一直在利用他，你到医院去的时候你做的CT就是量子力学产物，你所有的光学，激光是量子力学的产物，激光到现在就是1960年到现在，真正才60年，所以大家知道最早量子力学的发展虽然是一个偶然的机会，不是理论推动实验，是实验推动了理论，左面这张图是一个人手骨骼的图象，大家看起来跟医院的X光很像，这个发现以后才推动了普朗克1900年提出来了，原子是量子，电子是量子，到了量子力学出来以后上个世纪的初期量子力学大发展的时代，主要是在欧洲，到了二战结束以后一大部分的科学家又到了美国，所以说这个是1945年是原子弹的爆炸在日本，1947年晶体管的发现也是量子力学的应用，到了1960年有激光，现在医院里面大家每次花1000块钱做磁共振影像拍个片子在里面呆二三十分钟，这就是医院磁共振影像，专业术语叫做MRI，现在所有的医院基本上都有这个仪器，但是现在这个仪器基本上是靠进口，我们有的时候开玩笑叫做GPS，量子力学已经存在了100多年，我们把他称之为第二次量子力学，刚才讲的那些东西是定义为第一次量子革命的话，他的特征是什么，是被动观测和解释，就像1895年我看到放射性可以不把手剖开可以看到里面的骨头，包括晶体管激光这样的一些例子。

大家可以想想看这个东西是很神奇，我不需要把你的脑袋剖开，我可以知道你脑子里面内部有没有东西，那这个就是无损存像的技术，现在为什么好了呢，现在随着技术的发展现在我们的量子状态是人工智能主动调控，可以做一些新的操作，可能我看桌子上有一个小册子，美国有很多计划英国有很多计划，确实这个过去的从40年前从1980年开始实际上更早1961年开始就是苏联科学家就对这个传统信息科学计算机的晶体管提出了量子模型，到本世纪进入实验，所以说整个最近十年量子宣言、量子时代、量子信息国家计划、量子技术从科研到市场纷至沓来，公司现在也很热闹，谷歌、华为、IBM、微软也加入了量子产业的竞争。量子密码就是你可以去做一些安全的量子通讯，大家记住通讯密码是量子的，另外一个就是量子计算和精密测量，我们主要做后面这两块，主要是做量子计算与精密测量，这个是总书记在5年前到我们实验室去考察的一个照片，那这个是量子计算，我先介绍量子计算。

什么是量子计算，量子计算随着半导体晶体管的尺寸进入纳米级，晶体管不再可靠，一般认为摩尔定律是适用十年左右，网上可以看到光刻是从28纳米工艺然后是14纳米工艺然后是7纳米工艺，实际上现在目标就是把这个东西做的越来越小，能耗做的越来越低，存储密度越来越高，是朝着这个方向走，但是大家知道到了纳米这个尺度再往下是从物理的规律来讲是经典物理学不再适用了，所以说这样自然经过了量子时代。实际上大家知道量子计算最大的推动力是什么，是量子计算能够破解SHOR密钥体系，这个密钥用于银行业用于国防，比如说15两个层级是什么，是3乘5，从左到右很容易，很快就能算出来，笔算都可以，我给你一个40位的数，乘出一个值来也可以乘，但是我给你一个60位的数你分解成两个乘基，比如说像2001年理论上是1994年提出来了，这个就是实验到2001年才出来，到了最近这几年下面这四个实验都是我们实验室的，就是说目前除了英国二次以上的分解都在我们实验室，但是所有这些成果本质上来说尽管可以发很好的论文，但是离实用有很远的距离，大家看到我们从08年第一次分解21，这个比光学还早了4年，我们到了2012年我们已经到了143了，同时量子计算还可以做什么，刚才讲了大数分解，那还可以做什么呢，除了算法以外还有搜索还有各种各样的算法，他还可以做量子模拟，模拟是1980年的事，Feyeman提出来说你可以去模拟计算机不能模拟的东西，这个模拟也利于合成药物药物分析去做制药或者是做天气预报各种各样的，但是这种物理过程是非常复杂的，现在靠几百个比特几十个比特是做不了的，这一块我们实验室也做了很多这方面的工作。比如说化学里面一些问题的模拟，然后物理的一些模拟，包括量子人工智能的一些模拟我们也做了很多，基本上这些工作属于一个科研的工作，今天是一个产业的会，所以我就不展开讲具体的细节内容。

量子计算实现有多少种，我看桌子上摆了一个东西，大概有四五种方向，有超导、量子点，在我的感觉里面也许未来可能都不是那几种，目前提出来可以做量子计算我统计过一次有46种，还有一些各种各样的方法，未来到底是什么样的东西才真正适合量子计算的一个体系，现在这个阶段我们确实要推动这方面的研究，但是真正最后的东西到底是什么，就是说量子计算所有的要素是都被实现了，但是不是在一个体系里面实现的，有的是在这个体系实现有的在那个体系实现，这里面我列了像磁共振、量子点等这样一些东西，那量子计算里面超过经典计算他的核心要素是什么，大家也不一定要记这个东西，他有两个挑战，一个是量子退相干的时间，相干很重要，经典计算机里面这个位跟那个位是没有关联的，量子计算里面这个位跟那个位之间，比特跟比特之间是不关联的，这个关联可以想像成不严谨的做法，可以想像成相干，这个相干一旦消失就是经典计算不是量子计算，这个相干是非常脆弱的，目前像有的体系可能大部分的是到秒的量级，同时操控精度，所以大家说是将来有没有可能把多少个比特几十个比特上百个比特做成一个逻辑比特，逻辑比特跟物理比特区别在于逻辑比特可以容错，物理比特容不了错，你在这个比特能不能操控，他准确性怎么样，这个就等于是量子计算相干式，量子与经典实验的根本区别是量子的核心资源，我们团队就是从09年到2011年这么多年来一直在做这个量子相干的保护这样一些工作，实际上具体内容我也不提了，这个对我们来说有的时候就是看国际是不是承认你的结果，我们对不同的体系进行量子相干保护解决他的相干问题。

同时能够克服环境噪声同时能够既准又快，在高精度操控的时候能不能保持他的速度提上去，无外乎保证比特操控，所以说量子计算我看桌子上的小册子也讲了量子体积，现在比特数不是他唯一的一个挑战，除了比特数以外他还有每一个比特能不能都用起来，他的精度是不是好，他的相干性是不是好，他的操控精度是不是高，他可以做多少复杂的计算，这个评价标准要有一定的东西，这个里面比如说我们操控以后能不能进行高分量子操控，这个是我们前年实验室的工作。当然国际对我们有很多报道，像NEWS提到我们所量子相干调控技术，这个技术本身被证明是有效对抗量子信息流的资源，所取得的研究进展重要性在于极大提升了能源，完成了重要的一步，这个也是迈出了重要的一步，目前这个方法用到超导里面也用到了其他的方向里面，比如说海外和国际上的工作，一个是用在超导里面一个是用在量子点里面，是基于我们这个方法去做的。Science也报道了量子计算，学术界认可当前这个99.2%这个数据是我们实验室的数据，目前这个数据还是在固态体系里面在室温下在常温条件下大气环境下操控精度最好的精度也在我们实验室。

当然国际上也说了143是目前量子算法完成的最大质因数分解，这个是我刚才讲的2012年的工作，这个当然物理学家用量子进行博弈模拟一个分子，意义重大的进展，这些地方都是对我们国际上对我们工作的进展，我想我们组在国内几乎不做宣传。

下面我讲一下量子精密测量，刚才举了一个例子医院里面看到是磁共振的影像图，医生拿到这个片子的时候看你有没有肿瘤，这个图像分辨率是毫米，如果你想到0.5个毫米提高一倍价格近乎再添个零，从百万到千万上去，而且这个原理是什么，原理他是把脑子里面的大脑，人身体上是有很多水分子的，轻原子是有自旋的，他本身就叫做核磁共振，就是原子核自旋的共振，他把这个磁自旋转换成点信号进行检测的，这不是一个量子的测量方法，原理上到这个微米尺度，就是再下不去了，再往下比如说最近的病毒你要去看病毒生物学结构或者是什么之类的时候，用核磁共振这个方法就不行了必须要找新的方法，有没有新的方法，所以我们说传统磁共振方法是不行的，我们能不能发明一个技术发明单分子的磁共振，一个脑袋换成一个分子能不能做磁共振，那我们经过十多年的努力是可以的，这个里面等于说基于传感器我们开启了单分子磁共振和微观磁结构的钥匙，这个里面就做成单电子的传感器，这个是单分子磁共振，我不一一讲了，我们做了这样的一些工作，跟国际合作2013年我们成功探测到了国际上第一个出现核结构解析的工作，这个是2013年2014年的一些工作。

2015年我们在单分子做了普学，是国际上第一个顺磁共振谱，这个谱仪单台3000多万，800万以下的可以卖给中国，那目前这个仪器现在我们自己也能生产了，这个是等于分辨率，我们新的这个仪器比这个分辨率提高了100万倍，灵敏度提高了110倍，而且有室温大气的环境，当然这个报道国际上也有很多，这个是今年爱因斯坦诞辰100周年的时候下面这个就是（英语）学，我们是做物理的，说单分子普学，大家可以看到物理的工作得到化学、医学、生物各个领域的一些报道。接下来我们做了一系列的，为了在临床可以得到应用，这个是封面成果，然后这个是一些方法，这是一些核心技术，就是说能够得到一些好的新的技术，当然我们也成立了一系列的专利，这个是单细胞的成像，刚才讲了谱学能不能对单个肿瘤细胞进行核磁共振，那这个是可以的，这个是跟生命口进行合作，我们把一个人肝癌组织切出来，然后提取以后把单细胞提取出来，再把这个单细胞进行成像，这个成像结果就在上面有点颜色的图，整个这张图的直径大概是你头发丝直径的五分之一，那个一小片大概是在这个细胞里面的100分之一，所以说大家可以看到非常微观的情况下我们看到他里面的影像，当然也做成标准模型也可以做成物理的探索，这个不多介绍了。

我做了细胞，医生就说了实际上对一个人是否生病是否得癌你看单细胞，你能不能看组织，以前用几种方法，HE染色合起来来判断这个人，先看到这个细胞的形貌肿瘤的形貌，再看到这个肿瘤是否是恶性肿瘤，要做两次实验，用我们这个方法可以做一次实验，这个最近的结果还没有发表，就是刚刚建立信号稳定的新的方法，所以说从这个意义上讲就是领导力的研究，我们提出一个方法来，能不能真正的应用推到市场要靠后期的一些拓展，大家知道这整个过程所有这些装备跟仪器都没有现成的商品可以卖，装备要自己搭，回头我再讲一下，因为2016年总书记到实验室的时候本来比原计划时间多呆了超过一倍，后来也说了要把核心技术掌握在自己的手上，至于我们在2016年年底半年以后我们成立了一个量子公司，现在估值到年底是60个亿，四五年的时间，这个就等于什么样的概念，一会儿我再讲。刚才是肝癌，现在是肺癌组成的磁成像，魏教授他是这次中央表彰的抗疫的全国先进个人，他的突出单抗是国务院诊疗第八套方案也到了伊朗和意大利，所以说这个是我们俩合作的一些工作，详细的我够不讲了，就是方法你可以是这样的方法，但是他可以用到信息产业，所以我们也举例子，我们现在在集成电路，集成电路里面你光刻以后他线是不是整齐，因为三纳米你的空间分辨率到不了七纳米，这个时候我不清楚你的线是否整齐，电厂是否满足要求，我们现在在开发出新的技术能够提供高空间分辨率电厂的空间分辨的影像，这个弱磁探测，你可以测矿你可以测武器你可以测其他的东西，我们在做低频，这方面我不展开讲了，这个是我们在国际领先的。

所以我后面讲一下产业这块的，当时说整个实验室因为现在大家知道国家在科技体制改革创新这一块我们也是四个面向，我们有一些科学的突破，就是面向世界科学前沿的，那我们也面向国民经济主战场，就是这个例子，还有一个面向人民身体健康，就是肿瘤、肝癌，就像医院还没有用上的手段，未来能不能看的更早发现的更早，还有一个国家专利需求，刚才我没有讲那部分，就是你可以做面向国家安全等各方面的东西。面向国民经济主战场这里面，科研仪器自主研究，中国有很多仪器厂家，可能合起来干不过美国的一家（英语），他的营业额是3000多亿美元，营业利润是6000多亿美元，20亿之前的这个科学仪器中国一家没有，所以科研的投入固定资产投入有60%是用于设备进口，就是医院里面高干的检测仪器千万以上都是进口的，尽管有不少进展，高端科学仪器依赖进口，大家想想仪器都不在你手上，如果你现在做科研他还有一个问题，那你如何从事科学研究，所以说我们有相当大的差距，发展国产科学仪器产业还是非常重要的，今天在场的大家我是跟这些年轻人讲要有情怀，如果我们做不成，因为仪器行业不像手机，不像洗衣机、冰箱、彩电，是人人要用家家要用，高端的科学仪器动不动就上百万上千万的仪器，现在用户也少门槛也高维修售后服务难度也大，在这个情况下如果没有人去做光靠市场牵引是不可能的。

这八个字是当时给总书记介绍讲的，一个是人有我优，国际上有商品，但是他不卖给你，有的是打破进口，我们能不能比他做的更好，指标比他更高，这个就是800万以下给中国销售，还有一个就是基金为重大仪器多波段，这个是其中的一台，这个仪器将近6000万仪器的投入，现在基本上目前为止我们就2009年买过一次仪器，现在实验室40多台仪器里面只有一台是买的仪器，其他的仪器都是自己做，这样既培养了年轻人又对科学推动做了一些好的推动，这里面国仪大概是成立四年多，有了一系列的产品教父，像华为、医院、清华在德国美国也获得了很多的投资，这个是卖到国外的一些产品，这个是国外的一些用户，这个等于是人有我优的仪器，我们甚至在清华大学在实验室里面把国产仪器放在一块，这个是要有压力的，他买了进口仪器，我们把国产仪器放在旁边让用户自己选自己用自己比较，这个是去年年底上过中央电视台的量子钻石单自旋谱仪。

我展望一下量子计算相对来说还是一个长期的研究目标，重大挑战是量子系统扩展跟每一个精度的控制，精密测量的某些分支可能在短期内得到很好的应用，当然也需要多个学科包括市场包括各个链条的联合公关，也希望中国在这个量子技术上实现超越实现强国梦，谢谢大家。