全体会议嘉宾演讲实录｜塞尔日·阿罗什：量子革命的四个方向和三个条件

2025中关村论坛年会主题为“新质生产力与全球科技合作”，邀请诺贝尔奖获得者、顶级科学家、知名企业家，分享他们在科学研究、技术孵化、产品开发、产业洞察方面的深刻见解，为中国新质生产力的培育，为面向全球的科技创新与交流指引方向。

2012年诺贝尔物理学奖获得者、法国科学院院士、法兰西公学院名誉教授塞尔日·阿罗什先生发表以下主题演讲——《处于基础科学与应用科学交叉点的第二次量子革命》。

塞尔日·阿罗什 演讲实录：

各位嘉宾，非常荣幸有今天这样一个机会跟大家介绍一下量子科学这个话题。

今年是纪念量子物理学100周年，量子科学在20世纪改变了人们的生活，我介绍一下目前量子科学在21世纪怎样迈向我所说的第二次量子革命，以及中关村科技园怎样推动量子技术的发展。

1925年，当时的量子技术也推动了今天的发展，包括半导体技术，在今天笔记本电脑中使用到的技术。了解光子和原子的互动，帮助我们发明了激光。原子中全球定位系统能够让我们在地表任何地方进行定位，磁共振成像用于医学的诊断，实际上也是来自量子物理的一个应用。这些发明都是基于几十年前基础的发现，科学家是出于他们的好奇心，当时并没有想到它的应用。60年代的激光实际上是由爱因斯坦在1916年发现的受激发射的现象，核磁共振是1946年布洛赫、珀塞尔的技术实现的。比如MRI是通过磁力的研究，结合电脑的计算能力，把它转化成身体内的成像技术来实现。

100年的量子技术发展，现在将迎来第二次量子革命，第一个是通过我们直接利用量子世界的奇怪逻辑，量子的技术能够通过单一的量子、单一的原子控制和观察来实现。在这样一个层面上，微粒的行动没有办法得到观测，这些奇怪的定律实际上是由于肽叠加的现象所引起的。比如一个电子在原子核附近，可能在一个时间点，在任何一个位置存在。在不同的极化，不同的位置，能够多个不同的现实。著名的“薛定谔的猫”就解释了这样一个现象，在两个能量状态下面，只有你打开这个箱子才能够发现这个猫的状态。因为量子的纠缠也是把两个部分，通过一个链接连接在一起，也就是说，其中一个微粒的运动会影响到另外一个微粒测量的结果。这种纠缠由于第一次的量子革命产生的仪器得以观察，通过激光可以影响粒子态。这个地方显示的54个钙原子在线性的离子阱中，能够实现在过去没有办法实现的观测。在中国、美国、欧洲、印度、澳大利亚都进行了这样一个量子旗舰的项目。

首先，我们那些新的技术，包括量子计量学，使用小的人造量子系统来测量，实现更高灵敏度的测量方法。100倍、1000倍，高于传统测量的方法；第二个研究的方向是量子通信，通过使用不可破译的密钥，在两个伙伴之间共享量子比特，中国在这个领域有领先的地位，包括进行了卫星的相关实验；第三个是量子模拟，用多达几百个真实原子或者人造原子模拟凝聚态系统，探索新的量子相。能够使得科学家探索新的量子相，合成新的物质，比如说半导体物质；第四个方向是量子计算，也就是说利用量子比特的肽叠加和纠缠，来解决传统计算机无法解决的问题，它的速度将更快，能够同时进行不同的计算路径。很难去预测哪个技术能够在哪一天实现，有些可能在未来几年就能够有些成果，有其他的一些方向可能要等几十年的时间。

但是我们需要有三个条件来推动这些量子技术的成功，首先跟第一次量子革命一样，我们需要有非常强的基础研究来发现新的有前景的平台，因为现在还没有办法确定哪一个量子比特系统是最好的一个平台用于量子计算机，现在有不同的平台用不同的微粒，每一个系统都有它自己的优势和劣势。通过科学的研究，可能会发现新的平台和新的流程。我们需要推动跨学科的研究，包括物理学家、计算机科学和材料科学。通过敏感的量子探测仪进行地球物理研究或者应用于生物物理学领域一起合作，包括量子物理学家，材料学家，可以利用量子仿真技术来发现一些新的分子等等。最后，这些研究必须要有国际合作，科学家要能够自由地进行交流和分享想法，避免过渡自吹自擂。

最后，我讲一下中关村论坛和中关村科技园能够发挥什么样的作用。这种论坛能够推动做基础研究的学术机构和企业之间开展应用技术合作，促进跨学科研究。我们要让政策制定者也能够参与进来，了解我们这个新的量子技术的重要性，以及对整个地球未来的重要性。希望论坛上的讨论能够帮助我们促进这样一个重要领域的科研进展，希望大家在本年度的论坛上都有所收获，祝论坛圆满成功，谢谢！

注：本文来源于2025中关村论坛年会嘉宾现场演讲速记，文中内容仅代表专家个人观点