高冷的(de)(de)量子(zi)物(wu)理和我們的(de)(de)生活有什(shen)么關系？

　　“其實(shi)，過去(qu)的一百(bai)多(duo)年(nian)，量子力學(xue)的發展，所催生(sheng)的各種技(ji)術(shu)(shu)已經徹底改變了(le)我們的生(sheng)活。”中國科學(xue)技(ji)術(shu)(shu)大學(xue)陸朝(chao)陽(yang)教授告訴科技(ji)日(ri)報記者。

　　時(shi)鐘回撥至三年(nian)前，那年(nian)8月我(wo)國發射了世界上第一顆量子科學實(shi)驗衛星。

　　國際上(shang)幾乎所(suo)有(you)最重要(yao)的媒體，如BBC、《紐約時報(bao)》《自然》《科學美國人(ren)》等，都報(bao)道了這一事件，并將之(zhi)評為(wei)改變(bian)世界(jie)的十個重大科學事件之(zhi)一。《華爾(er)街日(ri)報(bao)》也以“沉寂了一千年，中國誓回發(fa)明創新之(zhi)巔”為(wei)題(ti)進行報(bao)道。

　　隨之，以量(liang)子(zi)(zi)衛星為代表(biao)，來(lai)自中國(guo)(guo)的一(yi)系(xi)列量(liang)子(zi)(zi)信(xin)息技術(shu)成果，也(ye)直(zhi)接或者間接觸發了歐(ou)洲(zhou)和美國(guo)(guo)的加大投入：歐(ou)洲(zhou)正式(shi)啟動(dong)了量(liang)子(zi)(zi)技術(shu)旗艦項目，美國(guo)(guo)也(ye)通(tong)過(guo)了“國(guo)(guo)家量(liang)子(zi)(zi)行(xing)動(dong)法案(an)”。

　　在(zai)“第二次量子革(ge)命(ming)”占(zhan)有(you)一(yi)席之地

　　我們今天使(shi)用(yong)的(de)(de)計(ji)算機、筆(bi)記(ji)本(ben)電腦、手機的(de)(de)芯片，其基本(ben)的(de)(de)計(ji)算單元是晶(jing)體管，就是基于(yu)(yu)量子力(li)(li)學中(zhong)的(de)(de)能帶理論(lun)發(fa)明的(de)(de)。激光也來(lai)源(yuan)于(yu)(yu)量子力(li)(li)學，我們使(shi)用(yong)的(de)(de)硬盤、LED發(fa)光等，都依(yi)賴于(yu)(yu)量子力(li)(li)學。

　　“但(dan)是之前(qian)的(de)這些量子技(ji)術，都是基于量子規律的(de)宏觀應用。”陸朝陽(yang)說，最近幾十(shi)年，物理學發展到新的(de)階(jie)段，即使有百億(yi)億(yi)個(ge)(ge)光子，我們(men)在(zai)實(shi)驗室里也(ye)可以精(jing)準地(di)控制(zhi)到一(yi)個(ge)(ge)一(yi)個(ge)(ge)的(de)光子、一(yi)個(ge)(ge)一(yi)個(ge)(ge)的(de)原子。

　　“這些技術(shu)(shu)正在催生‘第(di)二(er)次量(liang)子(zi)(zi)革命(ming)(ming)’的(de)(de)一(yi)些新(xin)技術(shu)(shu)，包括安全通信、量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算、精密測量(liang)等(deng)技術(shu)(shu)。”陸朝陽說，“‘第(di)一(yi)次量(liang)子(zi)(zi)革命(ming)(ming)’，因為歷(li)史(shi)原因，中國(guo)并沒有太多(duo)的(de)(de)參與。但現(xian)在‘第(di)二(er)次量(liang)子(zi)(zi)革命(ming)(ming)’就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)非常好的(de)(de)機遇，是(shi)一(yi)個(ge)能夠使我們從之前的(de)(de)跟(gen)隨者、模仿者變為引領者的(de)(de)機會(hui)，而中國(guo)科學家已經牢牢地(di)占有了(le)一(yi)席之地(di)”。

　　在(zai)中國(guo)建世界一流的量子實驗室

　　1996年(nian)，中國科學(xue)技(ji)術大學(xue)潘建偉剛(gang)去奧地(di)利(li)留學(xue)。

　　一天，潘(pan)建偉(wei)興沖沖地去找他的導師安東(dong)(dong)·塞林格，說(shuo)自己通過(guo)計算發現了一個有趣(qu)的理論方(fang)案。講完這(zhe)個方(fang)案后，安東(dong)(dong)問他有沒有聽(ting)說(shuo)過(guo)“量子隱形傳(chuan)態”，潘(pan)建偉(wei)說(shuo)不知(zhi)道(dao)。

　　由(you)于(yu)當時互聯網(wang)水(shui)平的(de)限制和國(guo)(guo)際期(qi)刊在國(guo)(guo)內(nei)的(de)普(pu)及程度不夠，在不知道1993年Bennett等人的(de)相關(guan)論文(wen)的(de)情況下，潘建(jian)偉(wei)重(zhong)新獨立推導出了量子隱形傳態，這是量子信息中的(de)一個(ge)核心方案。

　　從到(dao)達因斯(si)布魯克的(de)第(di)一天(tian)開始，導師安東就問潘建偉：留學夢想(xiang)是什(shen)么？他回(hui)答(da)說：“要在中國建立一個世界一流的(de)量子實驗室”。

　　時(shi)光飛逝，20多年過去(qu)了。在(zai)中科院(yuan)、科技部、基(ji)金委、教(jiao)育部等部門的支持下(xia)，潘建偉的這(zhe)個(ge)夢想正一(yi)步(bu)步(bu)邁向現實。

　　“2002年(nian)，我們的(de)團隊只有5個人。從2006年(nian)開始(shi)，很多年(nian)輕(qing)的(de)學生被派到世界(jie)各地，在(zai)國(guo)際先進的(de)實驗室(shi)學習新技術。”陸朝陽說，2009年(nian)，潘建偉老師剛剛參加(jia)完(wan)《復興之(zhi)路》的(de)主題展，就激(ji)動地給幾(ji)乎所有在(zai)海外的(de)學生發了一條短信，希望我們能夠回國(guo)為民族復興盡力。

　　2011年，這(zhe)些派(pai)往(wang)海外(wai)的學子基本都(dou)回到了國內。后來(lai)發生的事情有目共睹。“我們團隊主(zhu)要的研究路線，是從量子基礎研究開始，然后進(jin)入應(ying)用基礎研究，再(zai)慢慢地把(ba)一些能夠(gou)直接應(ying)用和產業化的技術(shu)投(tou)入實踐(jian)應(ying)用，反哺社(she)會經濟發展。”陸朝陽(yang)說。

　　高水平論(lun)文數量快速增長

　　量(liang)子(zi)(zi)的(de)糾(jiu)纏，是(shi)(shi)量(liang)子(zi)(zi)通信和(he)量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算的(de)基礎(chu)。“在(zai)多光(guang)子(zi)(zi)糾(jiu)纏領(ling)(ling)域(yu)，我(wo)們(men)一(yi)直在(zai)國際(ji)上保(bao)持領(ling)(ling)先(xian)地位，目前，我(wo)們(men)已經實(shi)現了(le)18個光(guang)量(liang)子(zi)(zi)的(de)糾(jiu)纏。”陸朝陽告(gao)訴記者(zhe)，利用國際(ji)一(yi)路領(ling)(ling)先(xian)的(de)多光(guang)子(zi)(zi)糾(jiu)纏和(he)干涉技術，中國團(tuan)隊在(zai)2017年實(shi)現了(le)第一(yi)臺在(zai)“波色取樣”這個特定任務上能夠超越最早(zao)期兩(liang)臺經典計(ji)算機(ji)的(de)光(guang)量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算原型機(ji)。這是(shi)(shi)邁向“量(liang)子(zi)(zi)霸權”先(xian)期基礎(chu)測試的(de)一(yi)步。

　　“我們一直(zhi)在(zai)做(zuo)的(de)(de)不是彎道超(chao)車，而是直(zhi)道超(chao)車。量子(zi)科(ke)學實驗衛星是直(zhi)道超(chao)車的(de)(de)一個非常好的(de)(de)范例。”陸(lu)朝陽說，最開始在(zai)論證的(de)(de)時候(hou)，有些專家會問國外(wai)有沒有開展(zhan)這樣(yang)的(de)(de)研究(jiu)。很多(duo)人的(de)(de)看法是，國外(wai)開展(zhan)研究(jiu)了，我們才開始研究(jiu)。

　　2017年，“墨子(zi)號”實現(xian)了從(cong)北京(jing)到維也納7600公里的量子(zi)保密通信(xin)(xin)。基于量子(zi)衛(wei)星和“京(jing)滬干(gan)線”，我(wo)國首次描繪(hui)了天(tian)地一體化的量子(zi)通信(xin)(xin)網絡藍圖(tu)。于是，很多(duo)國外的機構，包括歐洲、美國研究(jiu)機構，主動(dong)找來要求加入合作(zuo)項目。

　　“此(ci)外，我們(men)在量子計算和(he)精密測量方面也做了比較系統的(de)布局，利(li)用(yong)(yong)超冷(leng)原子能夠實(shi)現實(shi)用(yong)(yong)化的(de)量子模擬技術。”陸朝陽(yang)告訴(su)記者，利(li)用(yong)(yong)超導量子計算探索(suo)和(he)攻關通用(yong)(yong)的(de)量子計算機，目前我國團(tuan)隊(dui)已經做到了12個超導量子比特的(de)糾(jiu)纏。

　　這意(yi)味著什(shen)么？在平時新聞里人們(men)可能會聽(ting)到，IBM做到了50個量(liang)子(zi)(zi)比(bi)特，谷歌做到了72個，但他們(men)所宣稱的(de)(de)量(liang)子(zi)(zi)比(bi)特數目(mu)還不(bu)(bu)能形(xing)成量(liang)子(zi)(zi)糾纏，也就意(yi)味著，并不(bu)(bu)能用于真正意(yi)義上的(de)(de)量(liang)子(zi)(zi)計算。

　　2007年，《新科學(xue)家(jia)》雜(za)志在其《中國(guo)崛起》專刊里提道：“中國(guo)科學(xue)技術大(da)學(xue)——因而也是整個中國(guo)——牢牢地(di)在量子計算的世界地(di)圖上(shang)占據了(le)一席之(zhi)地(di)。”

　　2012年，《自(zi)然(ran)(ran)》年度十大(da)科技亮點中說“標(biao)志著中國在量子通信(xin)領(ling)域的崛(jue)起，10年前不起眼(yan)的國家(jia)，發展為現在的世界(jie)勁旅”。之后的2013年、2015年、2017年乃至2018年，我國量子科研團隊的原創成果都(dou)分別入(ru)選(xuan)國際上的重大(da)進展：美國物理(li)學(xue)會“2013年度亮點”；英(ying)國物理(li)學(xue)會“2015年度突(tu)破(po)”；《自(zi)然(ran)(ran)》“2017年度國際重大(da)科學(xue)事件”……

　　從1998年開始，我國在量(liang)子信息領(ling)域高水(shui)平論文數量(liang)已經(jing)增長了(le)80多倍。陸朝陽說，這也(ye)是(shi)新中國在科(ke)技方面的巨大進步(bu)，尤其(qi)是(shi)改革開放40年里進步(bu)的縮影(ying)。（科(ke)技日報 記者吳長鋒）