中国量子技术“只有在一两个点 走在世界前列”

本篇文章2314字，读完约6分钟

以潘剑伟院士为首的中国科技大学量子技术研究团队近日公布了最新研究成果，首次在世界范围内实现了10个光子纠缠，并再次创造了制备光子纠缠态的新世界纪录。

这也是该团队今年第二次在发射量子科学实验卫星后创造世界纪录。尽管潘剑伟已经成为量子领域的国际领导者，但他仍然非常谦虚。他说:“目前，我国仅在一两个方面处于世界前列，我们仍然不敢说它处于领先地位。量子技术需要10到20年才能达到国际公认的领先地位。”

鬼魂的距离效应

此前，八光子记录也是由潘建伟院士领导的中国科技大学量子技术研究组的鲁朝扬、敖等研究组成员创造的，保存了4年。该团队的“多光子纠缠和干涉测量”去年还获得了国家自然科学一等奖，成为历史上最年轻的团队赢得这一荣誉。

多粒子纠缠操纵作为量子信息处理基本能力的核心指标，可以系统地应用于量子通信和量子计算等许多研究方向，一直是国际竞争的焦点。研究成果也将应用于大规模量子信息技术。

“多光子纠缠”，顾名思义，就是纠缠多个光子，这是利用光子进行量子隐形传态和量子计算的必要前提。量子力学中的纠缠指的是多个粒子的叠加态。当两个粒子纠缠在一起时，将形成两个粒子的叠加态，即“纠缠态”。在没有外部干扰的情况下，无论两个粒子相距多远，纠缠态都可以存在。因此，量子纠缠一度被爱因斯坦称为“量子距离”，它质疑量子力学的完整性(因为它违反了他的“局域性”原则)。然而，后来的每一个实验都证明了量子力学的正确性，非局域化的量子纠缠是可以存在的，局域化的原理必须抛弃。

中国科学院量子信息与量子技术前沿创新卓越中心和中国科技大学上海研究院的副研究员张文卓在回应《第一财经记者》的解释时表示:“随着量子信息学的诞生，量子纠缠已经成为量子通信和量子计算的核心。”

十个光子的意义

张文卓说，对于量子信息处理的需求，特别是光学量子计算，纠缠光子越多越好。实验上，光子纠缠需要通过各种光学干涉方法来获得光子源产生的光子，这就是为什么“多光子纠缠”和“多光子干涉测量”成为一个完整的课题。光子纠缠越多，干涉和测量系统就越复杂，实验就越困难。

通过逐层累积双光子干涉引起的纠缠，并将其扩展到更多的光子，可以纠缠更多的光子。根据中国科技大学的公开信息，潘剑伟的团队自2004年以来一直保持着纠缠光子的世界纪录。2004年世界上首次实现了五光子纠缠，2007年世界上首次实现了六光子纠缠，2012年世界上首次实现了八光子纠缠。

由于光子产生和光学干涉测量的概率随着光子数指数的增加而增加，光学干涉系统每增加一个纠缠光子，其复杂性将增加一倍，纠缠的难度也将随着光子数指数的增加而增加。基于多光子纠缠技术，该团队在自由空领域实现了世界上第一个100公里的量子纠缠分布和隐形传态，并在量子计算领域实现了世界上第一个光学量子shor算法和拓扑量子纠错。

但“多光子纠缠和干涉测量”只是潘建伟院士团队工作的一部分。2016年，该团队承担了世界首颗“量子科学实验卫星”的开发工作，该卫星将实现世界首个卫星与地面之间的量子安全通信和量子隐形传态。与此同时，世界上第一个量子保密通信骨干网“京沪干线”，由于该团队的技术成就，将于明年初建成。

京沪干线正在建设中

12月24日，在潘建伟院士发起的墨子沙龙科普活动上，中国科技大学陈郁奥教授接受《第一财经记者》采访时表示，京沪高铁开通后将进入实质性运营阶段。“与开业相比，商业运营更有意义，就像有人必须住在一栋楼里一样。”陈郁敖说:“下一步，它将不是一个学校项目。京沪干线原本是一个实际的试点。NDRC支持工业化，希望有人在它建成后为它买单。如果一家银行愿意为此买单，这可以被视为真正的成功。”

量子保密通信对金融领域意义重大，那么银行愿意为此支付多少钱呢？据陈郁敖介绍，没有安全功能的京沪裸带宽平均价格为每年1亿元人民币，而采用量子安全技术的新型宽带可以提供100克加密带宽，按目前的平均价格计算价值约为40亿元，这只是银行需要支付的价格。

潘建伟院士在墨子沙龙上说，他的团队将在未来给中国和全世界带来更多惊喜。他介绍了该团队在量子通信、量子计算和精密测量方面的进展。潘剑伟说:“量子通信技术需要在加密后传输任务，这是直接面向应用的。”量子科学实验卫星首先追求极高的指标。第一次测试后，除了量子密钥的分配，它还完成了量子力学的检验和地球与恒星之间的量子隐形传态。虽然量子隐形传态是面向未来的，几百年后，我必须现在就开始考虑它。”

潘剑伟还表示，除了量子通信，他的团队还在致力于量子精密测量。他举了一个例子:“例如，当一架直升机在海里飞行时，它可以看到水下的潜艇。按照目前的技术水平，陀螺安装在潜艇上，一两个星期后它就会浮到水面接受北斗卫星在空中位置的校准。如果用量子测量，一百天的误差只有几百米，所以不容易被发现。”此外，量子的精确测量还将用于癌细胞的早期监测、原子钟时间的传输等等。

目前，量子通信和量子计算国家已经建立了重大科研项目。在量子计算领域，潘剑伟团队与阿里巴巴合作成立了“中国科学院-阿里巴巴量子计算联合实验室”，这将在保持光学量子计算世界领先地位的同时，大力提升中国量子计算的整体研究水平。

此外，鉴于未来星地一体化网络的建设以及是否会发射多颗量子卫星，中国科学院上海分院副院长、量子科学实验卫星工程执行副总设计师王建宇对《第一财经报》记者说:“墨子量子卫星解决了许多量子科技难题，但科学卫星是用于实验的，下一步必须应用。”高轨道同步卫星是下一个目标，在更高的轨道量子通信时间增加，这使得它的实用性。虽然在高轨道量子通信的传输技术中肯定有困难，但我们现在已经讨论了技术解决方案，结果将在5~10年后公布。”

来源：成都新闻网