此后，中國還將陸續發(fā)射衛星，建成全球第一個(gè)實(shí)現衛星和地面之間量子通信的國家。今年下半年，京滬量子通信干道也將建成，屆時(shí)國內將初步形成廣域量子通信體系。按照規劃，到2020年，中國將實(shí)現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)，屆時(shí)聯(lián)接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)也將建成。到2030年左右，中國將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò )。

　　

各國圍繞量子信息科學(xué)展開(kāi)的科技競賽已經(jīng)打響，除中國外，美國、加拿大和新加坡等國也在積極部署該領(lǐng)域的研究。

　　

“十三五”科創(chuàng )規劃提出建設量子通信和量子計算重點(diǎn)科技項目

　　

量子力學(xué)描述的是在單個(gè)原子或次原子粒子尺度上，物質(zhì)與能量行為和相互的作用。人類(lèi)能夠在大尺度上直觀(guān)地理解粒子的集體效應，但量子行為則通常顯得奇異和反常。這些特殊的量子現象包括量子疊加(系統同時(shí)包含所有的可能測量結果，一旦某個(gè)測量發(fā)生，則結果將為定值)和量子糾纏(多粒子的疊加態(tài)，它們的屬性相互關(guān)聯(lián)影響)。

　　

量子的特性打破了人們對正常世界的理解。目前量子信息領(lǐng)域的主要應用方向：一是量子通信，二是量子計算。在量子通信領(lǐng)域，與其他許多先進(jìn)的前沿科技領(lǐng)域相比，中國已經(jīng)處在全球領(lǐng)先地位。

　　

8月8日，國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng )新規劃》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規劃》)中，更是提到部署量子通信和量子計算的重點(diǎn)科技項目?！兑巹潯分赋?，面向2030年，再選擇一批體現國家戰略意圖的重大科技項目，力爭有所突破。從更長(cháng)遠的戰略需求出發(fā)，堅持有所為、有所不為，力爭在航空發(fā)動(dòng)機及燃氣輪機、深?？臻g站、量子通信與量子計算、腦科學(xué)與類(lèi)腦研究等重點(diǎn)方向率先突破。

　　

在量子通信和量子計算重大科技項目里，《規劃》稱(chēng)，要研發(fā)城域、城際、自由空間量子通信技術(shù)，研制通用量子計算原型機和實(shí)用化量子模擬機。

　　

今年46歲的浙江東陽(yáng)人潘建偉，是國內量子通信的領(lǐng)軍人物。2004年，潘建偉團隊在國際上首次實(shí)現了五光子糾纏和終端開(kāi)放的量子態(tài)隱形傳輸，這一成果被《自然》雜志發(fā)表，并同時(shí)入選英國物理學(xué)會(huì )和美國物理學(xué)會(huì )評選出的年度國際物理學(xué)重大進(jìn)展。

　　

潘建偉的團隊于2007年在國際上首次實(shí)現了安全通信距離超過(guò)100公里的光纖量子密鑰分發(fā)，2008年實(shí)現了國際上首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò )，2012年建成首個(gè)規?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò )。

　　

潘建偉還是此次量子實(shí)驗衛星發(fā)射的主要負責人之一。據團隊成員陸朝陽(yáng)介紹，若首枚量子通信衛星順利發(fā)射成功，中國將發(fā)射更多的衛星。若要實(shí)現覆蓋全球的安全通信網(wǎng)絡(luò )，大約需要20顆衛星。

　　

《Nature》報道稱(chēng)，中國量子實(shí)驗衛星的核心是一個(gè)能夠產(chǎn)生糾纏光子對的晶體，這些光子對無(wú)論相距多遠，它們的屬性仍然保持糾纏。衛星的首個(gè)任務(wù)是向北京和維也納的地面站發(fā)射這些糾纏光子對，使用它們生成密鑰。

　　

這項任務(wù)為期兩年，團隊還計劃在此期間執行名為貝爾測試的統計測量，以證明相距1200公里的粒子之間存在糾纏。根據量子理論預測任何距離之間都存在糾纏，但需要貝爾測試實(shí)際驗證。此外，團隊還將嘗試“隱形傳輸”量子態(tài)，通過(guò)使用糾纏光子對以及以更加常規方式傳輸的信息，在新的位置重構光子的量子態(tài)。

　　

潘建偉說(shuō)希望通過(guò)量子通信研究，從初步實(shí)現局域量子通信網(wǎng)絡(luò )，到實(shí)現多橫多縱的全球范圍量子通信網(wǎng)絡(luò )，以保證信息傳輸的絕對安全;通過(guò)量子計算研究，為大規模計算難題提供解決方案，實(shí)現大數據時(shí)代信息的有效挖掘;通過(guò)量子精密測量研究，實(shí)現新一代定位導航等等。

　　

“量子通信和量子計算都是屬于量子調控技術(shù)范圍。”潘建偉說(shuō)，“目前，全世界計算機的計算能力都非常弱。”

　　

潘建偉預測，不到十年左右的時(shí)間，他們就能夠造出一種專(zhuān)用的量子計算機或者叫做量子模擬機，在某些計算能力上要比目前最快的傳統計算機快百億倍甚至更多。

　　

各國備戰量子信息技術(shù)

　　

除了中國在緊鑼密鼓地部署量子通信，尋求國際領(lǐng)先地位外，其他國家也在積極推進(jìn)量子信息科學(xué)的研究。

　　

美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì )(NSTC)在7月份，發(fā)布了《推進(jìn)量子信息科學(xué)：國家的挑戰與機遇》的報告。報告中，美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì )對量子信息科學(xué)的重要性，前瞻性進(jìn)行了闡述，還介紹了美國在量子信息科學(xué)的研究發(fā)展狀況。該委員會(huì )認為量子計算能有效推動(dòng)化學(xué)、材料科學(xué)和粒子物理發(fā)展，未來(lái)可能最終會(huì )顛覆眾多科學(xué)領(lǐng)域，人工智能也當屬其中之一。

　　

美國政府隨即在官網(wǎng)發(fā)文，督促學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府盡快就量子信息科學(xué)(QIS)議題進(jìn)行交流，以保證量子信息研發(fā)的關(guān)鍵需求得到滿(mǎn)足。目前，美國科技公司谷歌、IBM等已經(jīng)在量子計算機領(lǐng)域有所投入。

　　

歐洲國家也不甘自己在量子領(lǐng)域落后。今年4月份，歐盟委員會(huì )對外宣布，將斥資10億歐元投入量子技術(shù)，希望這個(gè)項目“將會(huì )讓歐洲處于第二次量子革命的前沿，未來(lái)10年在科學(xué)、產(chǎn)業(yè)和社會(huì )方面帶來(lái)變革性的進(jìn)展”。

　　

加拿大也是量子領(lǐng)域不可忽視的力量。據《Nature》新聞雜志報道，加拿大的一直科研團隊正提出在地面生成糾纏光子對，然后將其中部分發(fā)射至重量不到30公斤的微型衛星上。這比在太空生成光子便宜，加拿大量子加密與科學(xué)衛星(QEYSSat)團隊成員，滑鐵盧大學(xué)物理學(xué)家Brendon Higgins說(shuō)，但是將光子發(fā)送到運動(dòng)的衛星上將是一項挑戰。該團隊計劃首先在飛機上使用光子接收器測試該系統。

　　

除此之外，新加坡國立大學(xué)和英國斯特拉斯克萊德大學(xué)合作，利用重量為5公斤的衛星(也稱(chēng)為立方體衛星)開(kāi)展量子實(shí)驗。去年，該團隊發(fā)射了一顆立方體衛星，在軌道中產(chǎn)生并測量“關(guān)聯(lián)”光子對;他們希望在明年發(fā)射可以產(chǎn)生完全糾纏光子對的裝備。

　　

新加坡國立大學(xué)物理學(xué)家Alexander Ling在接受《Nature》的采訪(fǎng)時(shí)認為，立方體衛星單個(gè)耗費僅10萬(wàn)美元，使太空量子通信易于實(shí)現。

圖片來(lái)源：找項目網(wǎng)