除了破译密码，量子计算还可以应用于材料设计、药物设计、药物分析，以及气象预报等等。为了抵御量子计算机的攻击，2000年我们提出了量子直接通信，不仅可以发现窃听，而且能阻止窃听。

将来我们希望把量子计算机、量子时钟，还有量子感知互联起来，形成一个通达全球的安全通讯网络，为全国、全世界的人类服务。

2020年12月12日，“我是科学家”年度盛典现场，清华大学物理系教授、北京量子研究院兼聘研究员龙桂鲁，带来演讲《窃听不动，量子直通》。

以下为龙桂鲁演讲实录：

大家好，我是来自清华大学和北京量子信息研究院的龙桂鲁。我今天讲的是 《窃听不动，量子直通》。

现在量子非常火，比如说量子波动速读——读书只要拼命地翻书就行了，不用头悬梁椎刺骨地苦读，就可以记住知识点了。似乎量子科技解决了一大学习难关，但可惜这是假的、骗人的，不是真正的量子科技。

那么真正量子科技是什么？

量子材料、量子器件、量子计算、量子通信，还有量子精密测量。

什么是量子？光原子这些微观体系、微观粒子，表现出一些不连续变化的性质。这种性质就叫量子性质，而这些体系就叫量子体系。

我的研究主要是两个方面：量子计算和量子通信。

2020年12月4日，量子计算机“九章”面世。超级计算机需要6亿年才能完成的工作，“九章”只要200秒，它们速度差别非常大。

什么导致的速度差异？量子并行。

我们先看看什么是经典并行。

《西游记》里孙悟空有个本事，他拔起一把毫毛，吹口气就变成了好多小孙悟空。他拔3根毫毛一吹变成3个孙悟空，3个孙悟空一块干活，肯定就比1个孙悟空干活要快。这就叫“经典并行”。

量子并行本事比这个还大。孙悟空3根毫毛这么一吹，就变成8个孙悟空；如果是4根毫毛，就变成16个孙悟空。如果是n个，就是n个2相乘。

所以量子的孙悟空的本事，远远大于经典的孙悟空，这就是为什么量子计算机快。我们看到量子计算机表面上是一台机器，实际上里面有2的n次方个计算机在计算，是“量子并行”。

不过，量子计算机提出来以后，好长时间没有具体的应用。直到10多年后，来了两位武林高手：一个是舒尔（Shor） ，一个是格罗沃（Grover） ——他们分别提出了两种量子算法。

这两个算法有什么用？

大闹天宫——大闹密码世界的天宫。密码界一共有两种算法：一个是对称算法，一个是非对称算法。

Shor去大闹了非对称算法——用他的算法加上量子计算机，能把已知的非对称密码全部推翻。

而Grover大闹了对称密码这个大厦。还好，他只是把大厦晃晃，还没推倒。那大厦要加固，把一根柱子换成两根柱子，也就是说密码长度要增加一倍，原来是64位现在换成128位，这可以抵御量子计算机的攻击。

在量子搜索算法里，我们也做了一些贡献。

1996年，Grover提出他的算法时，给出了最佳角度计算角度——180度。他提出来之后，大部分人都相信了，没人去验证到底对不对。而1998年，我们开始接触这个领域的时候，没直接听他的，决定自己做一下。

那是1998年冬天。当时我只有几千块钱，还没有自己的办公室，每个月只能花三百块钱租办公室。冬天特别冷，我和我的学生穿着大棉袄，在讨论Grover的算法。结果我们发现Grover大侠的算法有问题——180度不是最好的角度。

当时我的学生还不相信自己的结果，怕算错了，于是就给Grover发邮件。结果Grover的回信证明了我们的计算是对的。所以做科研，创新和自信都非常重要。

后来根据我们计算出的最佳角度，不论在什么时候，这种算法的成功率都是百分之百。现在量子江湖上把这个算法叫做“Grover-龙算法”。

无论Shor也好，Grover也好，看起来都是利用量子算法来破译密码，都是搞破坏的是吧？