墨子號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射

“嗅每一片落葉的味道，對(duì)世界保持著孩童般的好奇。只是和科學(xué)糾纏，保持與名利的距離。站在世界的最前排，和宇宙對(duì)話(huà)，以先賢的名義，做前無(wú)古人的事業(yè)?！?

2017年2月8日晚，“感動(dòng)中國(guó)”2016年度人物頒獎(jiǎng)晚會(huì)在北京舉行。全國(guó)政協(xié)委員、中科院院士、“量子衛(wèi)星之父”潘建偉獲評(píng)“2016年感動(dòng)中國(guó)的十大年度人物”之一。這是“感動(dòng)中國(guó)年度人物”組委會(huì)給潘建偉的頒獎(jiǎng)辭。

2018年6月27日潘建偉在全國(guó)政協(xié)十三屆常委會(huì)第二次會(huì)議上作“量子科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用”學(xué)習(xí)講座

潘建偉：我的量子研究之路

1987年夏，我從浙江省東陽(yáng)中學(xué)考入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系。在科大學(xué)習(xí)期間，我第一次接觸到了量子力學(xué)，發(fā)現(xiàn)微觀(guān)世界里有很多奇特的現(xiàn)象。我對(duì)這些奇怪的量子特性陷入苦苦思考之中，甚至使我疏于做習(xí)題而險(xiǎn)些掛科。但不管怎么樣，量子世界的詭異特性令我著迷，因此我確立了我的奮斗目標(biāo)：與量子打交道、交朋友。本科畢業(yè)前，我集中研究和總結(jié)了量子力學(xué)的各種佯謬，作為我的本科畢業(yè)論文。畢業(yè)后，我繼續(xù)在科大攻讀理論物理碩士學(xué)位，理論基礎(chǔ)的加深使得我對(duì)量子的脾氣摸得更透了。

物理學(xué)終究是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，再奇妙的理論如果得不到實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，無(wú)異于紙上談兵。然而，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)缺乏進(jìn)行量子實(shí)驗(yàn)的條件。研究生畢業(yè)后，在導(dǎo)師的推薦下，我從1996年開(kāi)始師從國(guó)際上著名的量子物理實(shí)驗(yàn)學(xué)家，奧地利因斯布魯克大學(xué)的蔡林格（Anton Zeilinger）教授攻讀博士學(xué)位。一個(gè)理論物理專(zhuān)業(yè)的碩士，要想很快進(jìn)入實(shí)驗(yàn)量子物理的前沿，其中的困難可想而知。為了盡快掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)和要領(lǐng)，我?guī)缀跽於寂菰趯?shí)驗(yàn)室里，在中國(guó)科大訓(xùn)練出的較扎實(shí)的理論功底使我得以迅速理解和掌握實(shí)驗(yàn)技術(shù)。終于有一天，我有了自己的量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)設(shè)想。然而，當(dāng)我興奮地向?qū)熀屯聜冎v了自己的想法后，才知道這其實(shí)就是Bennett等提出的量子隱形傳態(tài)方案，并且實(shí)驗(yàn)室正在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。我當(dāng)時(shí)就提出要加入這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并得到了蔡林格教授的應(yīng)允。

20年前，奧地利，一位26歲的中國(guó)學(xué)生，面對(duì)導(dǎo)師的提問(wèn)“你的夢(mèng)想是什么”，他回答，“我要在中國(guó)，建一個(gè)世界一流的量子物理實(shí)驗(yàn)室”。這個(gè)學(xué)生的名字叫潘建偉。

經(jīng)過(guò)1年左右的努力，我和實(shí)驗(yàn)室的同事完成了這個(gè)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)光子的量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)。我們的工作發(fā)表在Nature雜志上，被認(rèn)為是量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的開(kāi)端，同時(shí)被美國(guó)物理學(xué)會(huì)、歐洲物理學(xué)會(huì)、Science雜志評(píng)為年度十大進(jìn)展，并被Nature雜志在其特刊選為“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”。至今，這篇論文仍然是量子信息科學(xué)領(lǐng)域被引用次數(shù)最多的實(shí)驗(yàn)論文。此后幾年內(nèi)，我和同事們先后實(shí)現(xiàn)了量子糾纏交換、三光子糾纏及其非定域性檢驗(yàn)、四光子GHZ糾纏和高保真度的量子隱形傳態(tài)、量子糾纏純化等重要實(shí)驗(yàn)，結(jié)果均發(fā)表在Nature或Physical Review Letters上，這些工作多次被歐洲物理學(xué)會(huì)和美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)為年度物理學(xué)重大進(jìn)展。

我在奧地利攻讀學(xué)位的時(shí)候，是量子信息這門(mén)新興科學(xué)開(kāi)始蓬勃發(fā)展的年月。這門(mén)學(xué)科——包括量子通信、量子計(jì)算、量子模擬和量子精密測(cè)量等研究方向——正是利用了量子的奇特性質(zhì)，能夠用一種革命性的方式對(duì)信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)、傳輸和操縱，可以實(shí)現(xiàn)利用任何經(jīng)典手段都無(wú)法完成的信息功能：量子通信克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，是迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是無(wú)條件安全的通信方式；量子計(jì)算和量子模擬具有超越經(jīng)典極限的強(qiáng)大并行計(jì)算和模擬能力，一方面為密碼分析、氣象預(yù)報(bào)、資源勘探、藥物設(shè)計(jì)等所需的大規(guī)模計(jì)算難題提供解決方案，另一方面可揭示高溫超導(dǎo)、量子霍爾效應(yīng)等長(zhǎng)期懸而未知的物理機(jī)制；量子精密測(cè)量通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)重力、時(shí)間、位置等物理量的超高靈敏度測(cè)量，可以大幅度提升衛(wèi)星導(dǎo)航、潛艇定位、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、引力波探測(cè)等的準(zhǔn)確性和精度。在懷著極大的熱情與量子打交道的同時(shí)，我將目光投向了國(guó)內(nèi)，迫不及待地希望祖國(guó)能很快跟上這個(gè)新興科技領(lǐng)域的發(fā)展步伐，在信息技術(shù)領(lǐng)域抓住這次趕超發(fā)達(dá)國(guó)家并掌握主動(dòng)權(quán)的機(jī)會(huì)。

從1997年開(kāi)始，我每年都利用假期回到中國(guó)科大講學(xué)，為我國(guó)在量子信息領(lǐng)域的發(fā)展提出建議，并帶動(dòng)一批研究人員進(jìn)入該領(lǐng)域。2001年，我入選“中科院引進(jìn)國(guó)外杰出人才”，并獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委海外青年學(xué)者合作研究基金和中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向性項(xiàng)目的支持，在中國(guó)科大組建了量子物理與量子信息實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室以一批年輕教師和學(xué)生為班底，朝氣蓬勃。雖然我們是從零開(kāi)始，但因?yàn)樵诮M建之初就得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院和中國(guó)科大的大力支持，在以后的幾年里又陸續(xù)得到了科技部等主管部門(mén)的大力支持，因此實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展速度非?？?。僅2003年一年，我們研究組作為第一單位發(fā)表在Physical Review Letters的論文就有7篇。2004年，我們?cè)趪?guó)際上首次實(shí)現(xiàn)五光子糾纏和終端開(kāi)放的量子態(tài)隱形傳輸，發(fā)表在Nature雜志。這一成果同時(shí)入選歐洲物理學(xué)會(huì)和美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選出的年度國(guó)際物理學(xué)重大進(jìn)展，這對(duì)中國(guó)科學(xué)家來(lái)說(shuō)是第一次。

量子信息科學(xué)領(lǐng)域是一個(gè)日新月異、正在迅速發(fā)展的多學(xué)科交叉領(lǐng)域，需要各方面的人才和技術(shù)，需要與世界上優(yōu)秀的科研團(tuán)體合作，學(xué)習(xí)他們的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。正是考慮到這一學(xué)科背景，在2003-2008年間，我國(guó)內(nèi)、國(guó)外兩頭跑，一方面在中國(guó)科大實(shí)驗(yàn)室大力發(fā)展光量子信息技術(shù)，另一方面前往在冷原子和原子芯片方面具有很強(qiáng)研究實(shí)力的德國(guó)海德堡大學(xué)物理所，以瑪麗·居里講席教授的身份在歐洲通過(guò)各種渠道申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)支持，從國(guó)內(nèi)招收研究生和博士后，為我國(guó)培養(yǎng)冷原子量子存儲(chǔ)方面的研究力量。幾年下來(lái)，我們?cè)诶湓恿孔哟鎯?chǔ)方面形成了豐富的人才和技術(shù)積累，取得了一系列國(guó)際領(lǐng)先的研究成果。2008年，Nature雜志發(fā)表了我們“量子中繼器實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)”的研究成果。利用量子存儲(chǔ)技術(shù)在國(guó)際上首次完美地實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)程量子通信中亟需的“量子中繼器”，Nature雜志稱(chēng)贊該工作“掃除了量子通信中的一大絆腳石”。這項(xiàng)成果入選歐洲物理學(xué)會(huì)年度物理學(xué)重大進(jìn)展。我們還首次實(shí)現(xiàn)了光子比特與原子比特間的量子隱形傳態(tài)，首次將單次激發(fā)量子存儲(chǔ)的壽命延長(zhǎng)至毫秒量級(jí)，較以前的結(jié)果提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

2008年，在完成了充分的技術(shù)積累和人才儲(chǔ)備后，我放棄了在海德堡大學(xué)的職位，同時(shí)將在海德堡大學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置陸續(xù)搬遷回中國(guó)科大，將一批優(yōu)秀的年輕人才從海德堡大學(xué)以國(guó)家“青年千人計(jì)劃”、中科院“百人計(jì)劃”等方式引進(jìn)到中國(guó)科大。

2016年8月16日凌晨，中國(guó)量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，它是世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，標(biāo)志著目前中國(guó)在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)領(lǐng)跑世界。這個(gè)項(xiàng)目的首席科學(xué)家正是潘建偉。

全時(shí)回國(guó)工作后，隨著研究工作的不斷深入和研究方向的擴(kuò)大，尋求穩(wěn)定的科研經(jīng)費(fèi)支持在一段時(shí)間內(nèi)一直是困擾我們團(tuán)隊(duì)的主要問(wèn)題。2009年，我獲得“國(guó)家杰出青年科學(xué)基金”資助，無(wú)疑是對(duì)我團(tuán)隊(duì)工作的高度肯定和鼓勵(lì)。在“杰青”項(xiàng)目、中科院的知識(shí)創(chuàng)新工程項(xiàng)目和科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目等的支持下，我們團(tuán)隊(duì)的經(jīng)費(fèi)需求問(wèn)題初步得到解決，可以在國(guó)內(nèi)開(kāi)展國(guó)際領(lǐng)先的工作了。值得指出的是，我們團(tuán)隊(duì)的研究骨干中，有3人先后獲得“杰青”項(xiàng)目的資助，充分體現(xiàn)了“杰青”是對(duì)我國(guó)優(yōu)秀科研人員的高度認(rèn)可。

團(tuán)隊(duì)未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向有2個(gè)：一是將廣域量子通信向?qū)嵱没较蜻M(jìn)一步推進(jìn)；二是發(fā)展量子模擬及量子精密測(cè)量技術(shù)，用發(fā)展起來(lái)的量子操縱技術(shù)反過(guò)來(lái)推動(dòng)量子物理和凝聚態(tài)物理方面的基礎(chǔ)研究，這將使量子科學(xué)與技術(shù)之間形成良性的正反饋關(guān)系，這是我感到最為快樂(lè)的事情。

回顧我們過(guò)去幾年的發(fā)展，我感嘆這是一個(gè)不斷實(shí)現(xiàn)和超越夢(mèng)想的光榮歷程。我們應(yīng)該感謝量子，是它使得我們能夠有機(jī)會(huì)像“兩彈元?jiǎng)住钡壤弦惠吙茖W(xué)家們那樣，為國(guó)家和社會(huì)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。我更應(yīng)該感謝我們祖國(guó)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)進(jìn)步中所取得的巨大成就。我們?cè)诎l(fā)展量子信息科技上所取得的成績(jī)，與國(guó)家自然科學(xué)基金委、教育部、科技部、中科院等科研主管部門(mén)和中國(guó)科大的強(qiáng)有力支持是分不開(kāi)的。不僅如此，國(guó)家對(duì)引進(jìn)海外高層次人才的重視也達(dá)到了新的高度，使得更多的優(yōu)秀青年人才可以歸而報(bào)國(guó)，在國(guó)內(nèi)充分發(fā)揮他們的創(chuàng)造力，成為前沿研究領(lǐng)域的生力軍?？梢哉f(shuō)，團(tuán)隊(duì)所獲得的持續(xù)支持和所取得的成績(jī)不僅彰顯著我國(guó)不斷提高的綜合國(guó)力和科技創(chuàng)新能力，也充分反映了我國(guó)對(duì)支持戰(zhàn)略性前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究的敏銳判斷力和決策力。

2017 年1月18日,中國(guó)研制發(fā)射的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子”號(hào)正式交付使用

潘建偉：奇妙的量子世界

20 世紀(jì)物理學(xué)有兩個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，即普朗克的量子論和愛(ài)因斯坦的相對(duì)論。量子論與相對(duì)論的研究和應(yīng)用一開(kāi)始就與信息技術(shù)緊密相關(guān)。這兩大重要物理發(fā)現(xiàn)在本質(zhì)上奠定了 20 世紀(jì)和 21 世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，帶來(lái)了人類(lèi)物質(zhì)文明的巨大進(jìn)步。

量子及其特性

所謂量子，是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，也是物質(zhì)、質(zhì)量、能量的最基本攜帶者，具有不可分割性。像分子、原子、光子等構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，統(tǒng)稱(chēng)為量子。

量子有一個(gè)非常奇怪的特性，叫量子疊加。什么是量子疊加？經(jīng)典事件里可以用某個(gè)物體的兩個(gè)狀態(tài)代表 0 或 1，比如一只貓，或者是死，或者是活，但不能同時(shí)處于死和活狀態(tài)之間。但在量子世界，不僅有 0和 1 的狀態(tài)，某些時(shí)候像原子、分子、光子可以同時(shí)處于 0 和 1 狀態(tài)相干的疊加。比如光子的偏振狀態(tài)，在真空中傳遞的時(shí)候，可以沿水平方向振動(dòng)，可以沿豎直方向振動(dòng)，也可以處于 45 度斜振動(dòng)，這個(gè)現(xiàn)象正是水平和豎直偏振兩個(gè)狀態(tài)的相干疊加。正因?yàn)橛辛孔盈B加狀態(tài)，才導(dǎo)致量子力學(xué)測(cè)不準(zhǔn)原理，即如果事先不知道單個(gè)量子狀態(tài)，就不可能通過(guò)測(cè)量把狀態(tài)的信息完全讀?。徊荒茏x取就不能復(fù)制。這是量子的兩個(gè)基本特性。

量子還有一個(gè)特性，叫作“量子糾纏”。比如甲、乙兩人分處異地，兩人同時(shí)玩一個(gè)游戲——擲骰子，甲在一地扔骰子，每次扔一下，1/6 的概率隨機(jī)得到 1 到 6 結(jié)果的某一個(gè)；同時(shí)，乙在另一地?cái)S骰子，盡管兩人每一次單邊結(jié)果都是隨機(jī)的，但每一次的結(jié)果卻是一模一樣的，這就是“量子糾纏”。

最早提出這個(gè)概念的是愛(ài)因斯坦。愛(ài)因斯坦當(dāng)時(shí)認(rèn)為怎么允許兩個(gè)客體在遙遠(yuǎn)的兩地之間會(huì)有這種詭異互動(dòng)呢？因此質(zhì)疑量子理論的完備性。后來(lái)為了檢驗(yàn)這種現(xiàn)象，科學(xué)家做了大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這種糾纏性質(zhì)確實(shí)存在。而且在驗(yàn)證過(guò)程中，科學(xué)家慢慢發(fā)展和掌握了對(duì)單個(gè)粒子狀態(tài)進(jìn)行人工制備和對(duì)多個(gè)粒子之間的相互作用進(jìn)行主動(dòng)操縱的能力，在這個(gè)基礎(chǔ)上，誕生了量子信息科學(xué)。

量子信息科學(xué)有三個(gè)應(yīng)用方向，一是量子通信，即實(shí)現(xiàn)無(wú)條件安全通信手段；二是量子計(jì)算，超高速并且可以有效揭示復(fù)雜物理系統(tǒng)的規(guī)律；三是量子精密測(cè)量，測(cè)量精度超越經(jīng)典極限，用于高精度導(dǎo)航、定位等。

我們對(duì)微觀(guān)世界的解釋已離不開(kāi)量子力學(xué)。圖為2017年1月20日加拿大溫哥華舉行量子科學(xué)展

量子信息科技應(yīng)用

第一個(gè)應(yīng)用是量子密鑰分發(fā)。例如甲、乙二人要進(jìn)行安全通信，甲發(fā)出的光子信息狀態(tài)有水平、豎直、45 度等，如果有竊聽(tīng)，第一，竊聽(tīng)者不能把光子分成信息一模一樣的兩半，因?yàn)楣庾硬豢煞指?；第二，竊聽(tīng)者不能復(fù)制信息，因?yàn)閱未螠y(cè)量測(cè)不準(zhǔn)；第三，竊聽(tīng)者把光子截獲，乙收不到信息，也就不存在竊聽(tīng)。無(wú)論怎樣，根據(jù)量子力學(xué)原理，竊聽(tīng)都可以被發(fā)現(xiàn)，一旦被發(fā)現(xiàn)，原有密鑰立即作廢。甲就可以把沒(méi)有被竊聽(tīng)的密鑰傳送過(guò)去，利用產(chǎn)生的密鑰進(jìn)行一次一密完全隨機(jī)的加密。所以，利用量子不可克隆和不可分割的特性可以實(shí)現(xiàn)安全量子密鑰分發(fā)，實(shí)現(xiàn)不可破譯的保密通信。

第二個(gè)應(yīng)用叫作量子隱形傳態(tài)。量子的這個(gè)特性類(lèi)似傳說(shuō)中的“瞬間移動(dòng)”。比如需要我從合肥到北京開(kāi)會(huì)，所有的交通工具都不能實(shí)現(xiàn)馬上到達(dá)。這時(shí)候在合肥和北京分別有一個(gè)裝置，兩個(gè)裝置里的粒子處于糾纏態(tài)，那么在合肥我身上的粒子跟裝置里的粒子做一種聯(lián)合測(cè)量，通過(guò)經(jīng)典通信把每一次的測(cè)量結(jié)果發(fā)到北京，在北京對(duì)相應(yīng)粒子做某種操縱，就可以在北京用同樣多的分子、原子把我重新構(gòu)造出來(lái)，這個(gè)過(guò)程是以光速進(jìn)行的。所以，利用量子糾纏的方式，可以把量子信息本身從一個(gè)地點(diǎn)傳送到另一地點(diǎn)。這就是量子的隱形傳態(tài)。

值得注意的是，傳到北京的我包含了我所有的物質(zhì)和信息，在合肥的我已經(jīng)消失了，所以不是我的復(fù)制品，我還是獨(dú)一無(wú)二的。這個(gè)技術(shù)要真正實(shí)現(xiàn)還需要很長(zhǎng)時(shí)間，但是這個(gè)理念可以用在量子網(wǎng)絡(luò)中，讓信息在量子網(wǎng)絡(luò)中傳遞，就可以構(gòu)造所謂的量子計(jì)算和量子模擬。

量子計(jì)算具有超強(qiáng)的計(jì)算能力，比如利用萬(wàn)億次經(jīng)典計(jì)算機(jī)分解 300 位的大數(shù)需要15 萬(wàn)年，利用萬(wàn)億次量子計(jì)算機(jī)，只需要 1 秒。同理，在大數(shù)據(jù)和人工智能里，求解一個(gè)億億億變量的方程組，利用目前最快的億億次“天河二號(hào)”大概需要 100 年左右，但是如果利用萬(wàn)億次的量子計(jì)算機(jī)，只需要 0.01 秒。其應(yīng)用是非常廣泛的，不僅可以解決大規(guī)模的計(jì)算機(jī)難題，破解經(jīng)典密碼、氣象預(yù)報(bào)、藥物設(shè)計(jì)、金融分析、石油勘探，而且可以揭示新能源、新材料機(jī)制，慣性約束核聚變、高溫超導(dǎo)、量子霍爾效應(yīng)等。

現(xiàn)在是大數(shù)據(jù)時(shí)代，近三年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)比之前幾千年的總和還要多。美國(guó)情報(bào)部門(mén)在“9·11”事件發(fā)生后，對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果事先有足夠分析的話(huà)，就可以知道 9 月 11 日那些恐怖分子會(huì)開(kāi)展什么活動(dòng)，發(fā)生什么事，但是當(dāng)時(shí)因?yàn)閿?shù)據(jù)太大來(lái)不及分析，大到需要 100 年才能分析完，如果需要提前 100 年來(lái)預(yù)測(cè)“9·11”就沒(méi)有意義了。所以，如果造出量子計(jì)算機(jī)，對(duì)大數(shù)據(jù)中有效信息進(jìn)行挖掘，是非常有效的。

還有一個(gè)應(yīng)用是量子精密測(cè)量。目前世界上最好的經(jīng)典加速度計(jì)，每天誤差大概在 200 米左右，如果為潛水艇導(dǎo)航，100 天以后的誤差達(dá)到幾百公里，可能發(fā)生撞到海溝或者撞到山上的情況。但是利用量子疊加原理采用量子精密測(cè)量手段，航行 100 天后的位置測(cè)量誤差會(huì)小于 1 公里。

“墨子”號(hào)量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士在中科大上海研究院的實(shí)驗(yàn)室里調(diào)試設(shè)備

量子信息科技現(xiàn)狀

量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)研究已經(jīng)比較成熟，相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)多次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)。目前，量子信息技術(shù)正由基礎(chǔ)研究走向應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。尤其是量子通信，目前已經(jīng)可以實(shí)用。關(guān)于未來(lái)方向，國(guó)際有共同的發(fā)展路線(xiàn)圖，一是通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)；二是通過(guò)中繼器連接實(shí)現(xiàn)城際量子網(wǎng)絡(luò)，把很多城市連接起來(lái)；如果把信息發(fā)射到駐外機(jī)構(gòu)或者國(guó)外，或者更加高效遙遠(yuǎn)地點(diǎn)之間的量子通信，則需要第三個(gè)技術(shù)，通過(guò)衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信。當(dāng)把這三項(xiàng)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，就可以構(gòu)建廣義的量子通信網(wǎng)絡(luò)，從而保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間信息傳輸?shù)陌踩?/p>

在量子計(jì)算、量子模擬和精密測(cè)量方面，目前國(guó)際上的研究熱點(diǎn)是對(duì)各種有望實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展量子信息處理的物理體系開(kāi)展系統(tǒng)性研究，主要從三方面展開(kāi)：實(shí)現(xiàn)高精度、高效率量子態(tài)制備與相互作用控制；在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更多粒子的量子糾纏，粒子之間糾纏越多，計(jì)算能力越強(qiáng)大；同時(shí)實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的量子相干保持時(shí)間，相干時(shí)間越長(zhǎng)，在計(jì)算過(guò)程中，量子有效性更能充分開(kāi)發(fā)出來(lái)。在這三方面研究基礎(chǔ)上，提高量子計(jì)算的可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的基本功能；利用量子模擬探索凝聚態(tài)物理機(jī)制；實(shí)現(xiàn)超高精度精密測(cè)量。

引用約翰·惠勒的話(huà)：“過(guò)去 100 年間量子力學(xué)給人類(lèi)帶來(lái)了如此之多的重要發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，有理由相信在未來(lái) 100 年間它還會(huì)給我們帶來(lái)更多激動(dòng)人心的驚喜?！蔽覀儗?duì)未來(lái)充滿(mǎn)希望。

延伸閱讀：潘建偉：探索的動(dòng)機(jī)

（節(jié)選自 紀(jì)念改革開(kāi)放四十周年 · 推動(dòng)者系列之《科技引領(lǐng)未來(lái)》，中國(guó)文史出版社2018年6月出版，責(zé)任編輯牛夢(mèng)岳、高貝）

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