直道超車，量子通信跑在世界前列

高冷的量子物理和我們的生活有什麼關係？

“其實，過去的一百多年，量子力學的發展，所催生的各種技術已經徹底改變了我們的生活。”中國科學技術大學陸朝陽教授告訴科技日報記者。

時鐘回撥至三年前，那年8月我國發射了世界上第一顆量子科學實驗衛星。

國際上幾乎所有最重要的媒體，如BBC、《紐約時報》《自然》《科學美國人》等，都報道了這一事件，並將之評為改變世界的十個重大科學事件之一。《華爾街日報》也以“沉寂了一千年，中國誓回發明創新之巔”為題進行報道。

隨之，以量子衛星為代表，來自中國的一系列量子資訊技術成果，也直接或者間接觸發了歐洲和美國的加大投入：歐洲正式啟動了量子技術旗艦項目，美國也通過了“國家量子行動法案”。

在“第二次量子革命”佔有一席之地

我們今天使用的電腦、筆記型電腦、手機的晶片，其基本的計算單元是電晶體，就是基於量子力學中的能帶理論發明的。鐳射也來源於量子力學，我們使用的硬碟、LED發光等，都依賴於量子力學。

“但是之前的這些量子技術，都是基於量子規律的宏觀應用。”陸朝陽説，最近幾十年，物理學發展到新的階段，即使有百億億個光子，我們在實驗室裏也可以精準地控制到一個一個的光子、一個一個的原子。

“這些技術正在催生‘第二次量子革命’的一些新技術，包括安全通信、量子計算、精密測量等技術。”陸朝陽説，“‘第一次量子革命’，因為歷史原因，中國並沒有太多的參與。但現在‘第二次量子革命’就是一個非常好的機遇，是一個能夠使我們從之前的跟隨者、模倣者變為引領者的機會，而中國科學家已經牢牢地佔有了一席之地”。

在中國建世界一流的量子實驗室

1996年，中國科學技術大學潘建偉剛去奧地利留學。

一天，潘建偉興衝衝地去找他的導師安東·塞林格，説自己通過計算發現了一個有趣的理論方案。講完這個方案後，安東問他有沒有聽説過“量子隱形傳態”，潘建偉説不知道。

由於當時網際網路水準的限制和國際期刊在國內的普及程度不夠，在不知道1993年Bennett等人的相關論文的情況下，潘建偉重新獨立推導出了量子隱形傳態，這是量子資訊中的一個核心方案。

從到達因斯布魯克的第一天開始，導師安東就問潘建偉：留學夢想是什麼？他回答説：“要在中國建立一個世界一流的量子實驗室”。

時光飛逝，20多年過去了。在中科院、科技部、基金委、教育部等部門的支援下，潘建偉的這個夢想正一步步邁向現實。

“2002年，我們的團隊只有5個人。從2006年開始，很多年輕的學生被派到世界各地，在國際先進的實驗室學習新技術。”陸朝陽説，2009年，潘建偉老師剛剛參加完《復興之路》的主題展，就激動地給幾乎所有在海外的學生發了一條短信，希望我們能夠回國為民族復興盡力。

2011年，這些派往海外的學子基本都回到了國內。後來發生的事情有目共睹。“我們團隊主要的研究路線，是從量子基礎研究開始，然後進入應用基礎研究，再慢慢地把一些能夠直接應用和産業化的技術投入實踐應用，反哺社會經濟發展。”陸朝陽説。

高水準論文數量快速增長

量子的糾纏，是量子通信和量子計算的基礎。“在多光子糾纏領域，我們一直在國際上保持領先地位，目前，我們已經實現了18個光量子的糾纏。”陸朝陽告訴記者，利用國際一路領先的多光子糾纏和干涉技術，中國團隊在2017年實現了第一台在“波色取樣”這個特定任務上能夠超越最早期兩台經典電腦的光量子計算原型機。這是邁向“量子霸權”先期基礎測試的一步。

“我們一直在做的不是彎道超車，而是直道超車。量子科學實驗衛星是直道超車的一個非常好的範例。”陸朝陽説，最開始在論證的時候，有些專家會問國外有沒有開展這樣的研究。很多人的看法是，國外開展研究了，我們才開始研究。

2017年，“墨子號”實現了從北京到維也納7600公里的量子保密通信。基於量子衛星和“京滬幹線”，我國首次描繪了天地一體化的量子通信網路藍圖。於是，很多國外的機構，包括歐洲、美國研究機構，主動找來要求加入合作項目。

“此外，我們在量子計算和精密測量方面也做了比較系統的佈局，利用超冷原子能夠實現實用化的量子模擬技術。”陸朝陽告訴記者，利用超導量子計算探索和攻關通用的量子電腦，目前我國團隊已經做到了12個超導量子比特的糾纏。

這意味著什麼？在平時新聞裏人們可能會聽到，IBM做到了50個量子比特，谷歌做到了72個，但他們所宣稱的量子比特數目還不能形成量子糾纏，也就意味著，並不能用於真正意義上的量子計算。

2007年，《新科學家》雜誌在其《中國崛起》專刊裏提道：“中國科學技術大學——因而也是整個中國——牢牢地在量子計算的世界地圖上佔據了一席之地。”

2012年，《自然》年度十大科技亮點中説“標誌著中國在量子通信領域的崛起，10年前不起眼的國家，發展為現在的世界勁旅”。之後的2013年、2015年、2017年乃至2018年，我國量子科研團隊的原創成果都分別入選國際上的重大進展：美國物理學會“2013年度亮點”；英國物理學會“2015年度突破”；《自然》“2017年度國際重大科學事件”……

從1998年開始，我國在量子資訊領域高水準論文數量已經增長了80多倍。陸朝陽説，這也是新中國在科技方面的巨大進步，尤其是改革開放40年裏進步的縮影。（科技日報 記者吳長鋒）