步入量子生活新时代 美好蓝图正徐徐展开

　　11月2日至6日，2014量子通信、测量和计算国际学术大会在中国科学技术大学先进技术研究院举行。中、美、德等28个国家400余位国际顶尖量子科技专家共聚合肥，交流研讨量子信息技术最新进展和未来发展趋势,探讨产业化方向，一幅量子时代的美好蓝图正徐徐展开。

　 　幽灵般的超距离作用

　　中国古代神魔小说《封神演义》中，土行孙以“遁地术”称雄诸神，他只要身体接触到大地，就像鱼儿游进大海，消失得无影无踪。 “宇宙瞬移，目标搜索。 ”动画片《神奇阿呦》中，宇宙人阿呦同样神通广大，只需轻念咒语便可穿梭星际之间，帮助小学生小米实现各种愿望。实际上，神秘的量子世界就有这样的“时空隧道”——量子态隐形传输，能让物体瞬间转移。

　　量子态隐形传输的实现，靠的就是神奇的“量子纠缠”现象。在微观世界中，有两个共同来源的微观粒子，即使隔着太阳系，只要其中一个粒子状态发生变化，另一个状态立即发生相应变化，这就是被爱因斯坦、波多尔斯基、罗森等著名科学家称作“幽灵般的超距离作用”的“量子纠缠”。美国科学家、诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔切克曾用《格林童话》中《两兄弟》故事打比方：“量子纠缠”就像一对有“心灵感应”的双胞胎，长得分不清彼此；他们也心灵相通，即便天各一方，弟弟有难，哥哥即刻得知。

　　量子纠缠是一种非常奇特、无处不在的物理现象，它颠覆了常理，却广泛应用于量子保密通信、量子计算模拟和量子精密测量等各个领域。两个处于纠缠态的量子，发生“心灵感应”有多快？去年，中科大教授、中科院院士潘建伟率领的团队在国际上首次用实验证明：在所有相对地球以千分之一光速或更低速度运行惯性参照系中，量子“心灵感应”速度至少为光速的一万倍。

　　“量子通信是迄今唯一被证明是无条件安全的通信方式，可以从根本上解决国防、金融、政务等领域的信息安全问题。 ”在国际量子大会上，专家指出，量子信息技术因其传输高效和绝对安全等特点，被认为是下一代IT技术的支撑性研究，并成为世界各国竞争的焦点。“古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆开，就会留下泄密的痕迹。 ”潘建伟院士说，基于量子纠缠特性的量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底，可以做到绝对安全——一旦有人试图打开信件，量子密钥会让信件自毁，并让使用者知晓。

　 　抢占量子通信制高点

　　斯诺登“棱镜门”、苹果公司“泄密门”，近年来一连串的泄密事件，让信息安全受到前所未有的关注。公元前405年，伯罗奔尼撒战争末期，雅典间谍从波斯帝国带回一条布满杂乱无章希腊字母的普通腰带，当腰带呈螺旋形缠绕在剑鞘上时，毫无规律可循的字母就变成一段文字。这被认为是世界上最早的密码情报。几千年过去了，加密方式似乎越来越先进、越来越可靠，但依然有被破解的可能。随着量子科技的发展，如今不可破译的“量子保密通信”已诞生，其出现将彻底对窃听说“不”。

　　近年来，为抢占量子通信制高点，潘建伟团队先后在国际上首次成功实现对五光子、六光子、八光子纠缠的操纵；在国际上首次成功实现百公里量级自由空间量子隐形传态和纠缠分发；在合肥率先建成世界上规模最大的量子通信试验网，标志着大容量量子通信网络技术取得关键突破。目前，潘建伟团队成果1次入选《自然》杂志评选的“全球十大新闻亮点”、2次入选欧洲物理学会评选的年度国际物理学重大进展、3次入选美国物理学会评选的年度国际物理学重大事件、7次入选由两院院士评选的年度中国十大科技进展。

　　提前行动，才能抢占先机。在新的历史时期，为保持和扩大我国在量子信息领域已取得的领先优势，中科院2011年启动科技专项“量子科学实验卫星”。 2013年，千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目上马；2014年初，中科院“量子信息与量子科技前沿卓越研究中心”在中科大挂牌成立。 “20多年前，中国量子物理相关领域的研究事业还没有起步，但今天中国已成为这方面最顶尖的国家之一，中科大也成为最顶尖的研究机构之一。 ”国际量子大会主席、意大利帕维亚大学教授阿里亚诺说。

　　“按照计划，2016年中国将发射全球首颗‘量子科学实验卫星’，2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发，2030年建成全球化量子通信网络。 ”中科大学者在国际量子大会上表示，由潘建伟院士团队承担的中科院“量子科学实验卫星”项目主要技术攻关已完成，其成功发射和运行，将进一步确立中国在量子通信研发和产业化领域的国际主导地位。

　 　步入量子生活新时代

　　苹果iCloud云端泄密后，还敢用苹果手机吗？实际上，无论苹果系统，还是安卓系统，都有泄密的风险。不过，随着量子通信技术走向产业化，在不久的将来，你或许就能拥有一部永不泄密的量子手机。步入量子生活新时代，运算超快、百毒不侵、不怕“死机”的量子计算机也将会诞生，甚至可以将微型量子计算机用于医学——插入血液中可轻松杀死癌细胞……

　　目前，中国量子保密通信城域网技术日臻成熟，并达到商用水平；由中科大发起组建的安徽量子通信技术有限公司，已成为中国最大的量子通信设备制造商和系统服务供应商。 2012年初，潘建伟团队在合肥建成世界上首个规模化城域量子通信网络，节点数达46个，远远超过此前国际上已有的同类网络；2014年3月，济南量子通信试验网正式投入使用，这是我国第一个以承载实际应用为目标的大型量子通信网。“合肥城域量子通信网络通信正确率达99.6%，超过移动通信水平；济南量子通信试验网已拥有95个实际用户，运行状况良好。 ”安徽量通公司总经理赵勇博士介绍，中科大还与新华社共建了金融信息量子通信验证网，并将量子通信技术应用到合肥市公安系统视频监控“天网工程”中。

　　“中国任何一个城市，只要有需求，都可以建设城域量子通信网络。”潘建伟院士说。中科院量子保密通信“京沪干线”项目，是我国首个量子通信国家级重大工程，主要建设连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络。 “京沪干线”项目总工程师、中科大教授陈宇翱透露，京、沪城域量子通信网将分别于今年年底和明年夏天建成。加上已建成的合肥、济南市，只要再完成城市间线路上的接通，预计到2016年，就可实现京沪广域量子保密通信。

　　除了最先走向实用化的量子通信技术，量子计算机也成为热门话题。当前，世界上运算速度最快的超级计算机是中国“天河二号”，运算峰值和持续运算速度达每秒5.49亿亿次和每秒3.39亿亿次。但在量子计算机面前，这一速度只算“小儿科”。科学家指出，分解一个有400个数字的合数，超级计算机要几百万年，而量子计算机只需一年或更短时间。“量子计算机虽好，但想说爱你不容易。 ”中科大教授陆朝阳坦言，假如将一对纠缠的量子比作一个跳蚤的话，量子通信可能只需操纵一个跳蚤即可，量子计算机却需同时操纵成千上万个跳蚤，因此量子计算机问世可能还需要相当长时间。