5月17日，2026搜狐科技年度論壇在京盛大開幕。來自科學界、學術界和產(chǎn)業(yè)界的近三十位嘉賓共襄盛會，圍繞基礎科學和人工智能話題展開探討思辨。

在下午的論壇中，理論物理學家、中國科學院院士、發(fā)展中國家科學院院士、中國工程物理研究院研究生院創(chuàng)院院長孫昌璞，帶來《量子力學百年：從微觀世界認知到宏觀量子計算》主題演講。

孫昌璞指出，今天的量子計算還沒有做到實際，離實際還有一定距離，原因是它遇到了很多的挑戰(zhàn)，我們利用了量子力學的原理，但是外部環(huán)境又會有各種情況破壞它，所以量子相干性就變成了量子計算的雙刃劍。

“量子力學百年，從微觀結(jié)構到宏觀量子效應、宏觀量子計算經(jīng)歷了這些時間。我把它叫做量子技術的1.0時代、2.0時代、3.0時代。3.0時代還沒有進入到我們的日常生活，沒有影響我們今天真正的超算。但是我相信，這一天一定會到來。” 孫昌璞強調(diào)道。

以下為孫昌璞演講全文：

大家知道，物理學在20世紀的發(fā)展有兩大支柱，一個是相對論，一個是量子力學。量子理論與相對論的結(jié)合，構建了整個現(xiàn)代科學物質(zhì)核心的基本框架，也深深影響了生命科學、宇宙學、信息科學和環(huán)境科學等諸多領域。

站在量子力學誕生百年的歷史節(jié)點上，諾貝爾物理學獎再次聚焦這一領域。回顧這百年歷程，我們可以將量子力學的發(fā)展概括為三個階段：

第一個階段是從量子力學的建立到上世紀30年代。那個時期我們主要針對單體系統(tǒng)進行研究，第一個變化就是動力和重量不再是通常的實數(shù)和虛數(shù)，而是不可定義的算法。

第二個階段拓展到了多粒子體系的相互作用，這催生了量子場論和多體理論。多體理論引入了“序參量”的概念，讓我們能夠解釋超導等宏觀現(xiàn)象。有了序參量之后，我們進一步思考：這些在多體系統(tǒng)中涌現(xiàn)出的序參量，是否需要被進一步量子化？

這就引出了第三個階段——“三次量子化”。大概從上世紀80年代開始，學界提出像超導這類由多體系統(tǒng)構成的宏觀自由度，需要被再次量子化。這就是所謂的宏觀尺度下的“薛定諤貓”態(tài)，而去年的諾貝爾物理學獎正是授予了這一領域的開創(chuàng)性實驗工作。

我想把量子力學的發(fā)展放在整個物理學發(fā)展的主旋律中來審視。楊振寧先生曾多次提到，20世紀物理學發(fā)展的主旋律是“量子化”。量子化正好處在整個物理學發(fā)展縱向維度和橫向維度的交匯點上。

物理學希望把所有現(xiàn)象歸結(jié)為微觀的相互作用，但還原論并不能解決物理學的所有問題。比如，我們知道每一個電子的性質(zhì)，你卻不知道為什么有高能超導；我們知道了每一個水分子的結(jié)構是H?O，卻推導不出雪花為什么會長成這個樣子。

因此，由基本組元構成復雜體系后，會涌現(xiàn)出完全不同的性質(zhì)，這就是“演生論”的核心觀點。

還有牛頓力學的嚴格決定論，一直到統(tǒng)計力學和量子力學的建立，隨機性逐漸變成了這個世界最本質(zhì)的屬性，而量子化正是在這樣縱橫發(fā)展上的焦點上，決定了隨機性是非常有趣的東西，因此量子力學處于這樣至關重要的交匯點。可以說，量子化、對稱性和相位因子等概念構成了二十世紀理論物理學的主旋律，其中量子化更是首當其沖。

“量子”的概念最早由普朗克提出，隨后經(jīng)由愛因斯坦的光子說以及玻爾的原子模型，奠定了舊量子論的基礎。緊接著，我們迎來了“一次量子化”的時代。這一時期有三位科學家做出了里程碑式的貢獻，那就是海森堡、馬克斯·玻恩和狄拉克。

他們通過三篇奠基性的文章，解決了量子力學發(fā)展中一個最核心的問題：動量和坐標不再是經(jīng)典的物理量，而是滿足特定對應關系的算符——即X乘以Y不等于Y乘以X。大家熟知的這一關系雖然常被稱為海森堡關系，但更嚴格地說，是其導師馬克斯·玻恩給出的數(shù)學表述。

從另一個角度來看，量子力學的運動規(guī)律表現(xiàn)出波的特性。這個波需要滿足怎樣的方程？這正是薛定諤在奧地利因斯布魯克的山中，用三個月時間推導出的偉大方程。后來薛定諤本人也證明了，他的波動方程與海森堡的矩陣力學在本質(zhì)上是完全一致的。這標志著1927年量子力學的徹底建立，隨后的索爾維會議更是匯聚了當時物理學界的眾多巨擘。

正如我們所見，昨天的科學往往變成今天的技術。第一次技術革命源于牛頓力學，第二次是電磁理論，而第三次則是量子力學與相對論的結(jié)合。核能的利用已經(jīng)徹底顛覆了我們的社會；而量子力學中奇妙的“量子隧道效應”，就像傳說中的嶗山道士穿墻術一樣，在微觀世界中真實發(fā)生。

這種效應至今仍深刻影響著信息科學的發(fā)展——從半導體、集成電路到如今的AI與互聯(lián)網(wǎng)，量子力學早已融入了我們生活的每一天。此外，激光的誕生也極大地改變了世界，而這背后其實有著國家需求的推動：從一戰(zhàn)時的雷達站研發(fā)，到二戰(zhàn)后的微波激射器，最終催生了激光技術。

那么，在經(jīng)歷了一次量子化、了解了單個粒子的性質(zhì)后，我們是否就能完全掌握宏觀世界的情況呢？顯然不能。就像我剛才提到的，知道每個電子的性質(zhì)，無法直接推導出高溫超導的成因；了解每一個水分子的結(jié)構，也無法解釋雪花為何千姿百態(tài)。當大量粒子聚集在一起時，“演生”的問題就變得至關重要。

舉個簡單的例子，如果大量原子在高溫下運動，其熱波波長相對于原子間距極短，原子間彼此孤立；但如果將溫度降至極低，這些原子聚集在一起就會形成一個整體，產(chǎn)生玻色-愛因斯坦凝聚。

超導現(xiàn)象也是如此，電子之間產(chǎn)生微弱吸引并配對形成“庫珀對”，進而產(chǎn)生玻色凝聚。此時所有玻色子的相位高度一致，同步前進，這就是所謂的新材料態(tài)。

面對這樣的新材料，我們是否需要對其進行再次量子化？這在物理學發(fā)展中至關重要。

現(xiàn)在回到所謂的“三次量子化”。對于超導或玻色凝聚中涌現(xiàn)出的這些宏觀序參量，我們能否在實驗上觀察到它們的量子化特征？著名物理學家萊格特曾提出，像超導序參量這類東西需要進一步量子化，他將此類問題稱為“宏觀量子效應”。

通俗地講，比如大量的超導電子集中在一個狀態(tài)下，就像一個“薛定諤的貓”，它既死又活，代表著兩個不同宏觀狀態(tài)的線性疊加。而在物理上，約瑟夫森結(jié)正是利用這種宏觀序參量的相位差來標志不同的宏觀狀態(tài)，從而導致宏觀量子態(tài)的出現(xiàn)。

到底有沒有這種宏觀現(xiàn)象？2025年的諾貝爾物理學獎給出了肯定的答案。萊格特提出的宏觀量子疊加或量子隧穿概念，不僅在實驗中可以被觀察到，而且直接催生了今天的超導量子計算。

當年楊振寧先生將我引入這個領域，我有幸在此深耕了二十年。雖然有些遺憾的是，當我開始研究時（1991年左右），這項后來獲得諾獎的基礎工作在國際上已經(jīng)接近尾聲，但在當時全世界也沒幾個人真正看懂它的價值。這再次證明，基礎科學一定要堅持原創(chuàng)，如果只是跟隨別人的腳步，永遠不可能取得真正的突破。

大家知道，我國在超導量子計算領域做得非常出色，比如中國科大和浙江大學的團隊。在去年的諾貝爾獎背景資料中，也特別提及了中國學者的早期原創(chuàng)性工作，包括南京大學的于揚教授等，這充分說明了原創(chuàng)研究的重要性。

到今天為止，超導量子計算已經(jīng)取得了長足進步，幾個月前我在中關村量子大會上展示的PPT數(shù)據(jù)，相信現(xiàn)在已經(jīng)被刷新了。我們可以做出用于演示的量子計算機，但必須清醒地認識到，目前的量子計算距離真正的實用化還有很長的路要走。

原因在于，雖然我們利用了量子力學的原理，但外部環(huán)境的各種干擾會破壞量子相干性，這成為了量子計算的一把雙刃劍。目前我們在物理底層可以做到幾十個甚至上百個物理比特，但真正用來做有效計算的邏輯比特才剛剛起步。

令人振奮的是，最新的表面碼量子糾錯實驗（包括哈佛的原子陣列和谷歌AI的超導量子比特）已經(jīng)讓我們看到了希望：碼距從3增加到5，再到7，錯誤率確實在減少。這意味著真正的容錯量子計算第一次讓我們看到了曙光。

總結(jié)一下，量子力學走過百年歷程，從微觀結(jié)構認知發(fā)展到宏觀量子效應，再到如今的宏觀量子計算，這是一條螺旋上升的道路。我將其稱為量子技術的1.0時代、2.0時代和3.0時代。雖然3.0時代尚未全面進入我們的日常生活，也沒有立刻取代今天的超級計算機，但我堅信這一天終將到來。

三次量子化的研究成果，終有一天會像當年的激光和半導體一樣，深刻地影響我們的生活，推動經(jīng)濟社會的巨大發(fā)展。

謝謝大家！