中國的量子之父,他把中國變成了一個量子超級大國

2021-01-12 露澤堂傳統文化

2017年9月29日，中國一顆名為「墨子號」的衛星使維也納和北京這兩個相隔半個地球的城市之間的視頻會議成為可能。當它以每小時18,000英裡(29,000公裡)的速度划過夜空時，衛星向位於興隆的一個地面站發射了一個小數據包。不到一個小時後，衛星經過奧地利，將另一個數據包發送到格拉茨市附近的一個站。

這些包是保護數據傳輸安全的加密密鑰。這一事件的特殊之處在於，由衛星分配的密鑰被編碼成一種微妙的量子態的光子。任何攔截他們的企圖都會瓦解這種狀態，破壞信息並發出黑客存在的信號。這意味著它們比傳統的比特(表示1和0的可讀可複製的電脈衝或光脈衝)密鑰安全得多。

視頻加密是傳統加密，不是量子加密，但因為需要量子密鑰來解密，所以它的安全性得到了保證。這使得它成為世界上第一個量子加密的洲際視頻連結。

潘建偉

這一成就背後的人是潘建偉。現年48歲的潘是中國科技大學(University of Science and Technology of China，簡稱USTC)教授，有時被稱為「中國的加州理工學院」(Caltech)。

他的工作贏得了國家主席的讚揚，他經常被當地媒體稱為「量子之父」。

量子通信和計算仍處於萌芽階段，但它們屬於中國希望在2030年前實現突破的技術「巨型項目」之一。

它看到了一個引領量子時代曙光的機會，就像美國主導計算機時代及其引發的信息革命一樣。

2011年，潘成為中國科學院有史以來最年輕的院士，他是這一努力的核心。

在接受採訪時，潘談到了國際合作的重要性，但他也明確表示，中國看到了一個獨特的窗口，可以讓它塑造技術領域的下一個元轉移。「在現代信息科學誕生時，我們只是追隨者和學習者，」他說。「現在我們有機會……成為一名領導者。」

發射

潘的雄心包括計劃創建一個全球——跨越構成極其安全的量子網絡的衛星星座。他的清單上還包括:幫助中國在建造強大的量子計算機方面趕上——或許超過——美國。這些機器的基本計算單位是量子位，與位不同，量子位可以同時佔據1和0的量子態。通過將量子位通過一種被稱為糾纏的近乎神秘的現象連接起來，量子計算機可以產生處理能力的指數級增長。

在未來，這些機器可以通過模擬化學反應來發現新材料和新藥物，而對傳統計算機來說，這些化學反應的工作量太大了。它們還可以給人工智慧充電。使用量子密鑰分發(QKD)的安全網絡可以傳輸金融交易等敏感數據，並為軍事行動和通信提供最高保密。

研究人員還在研究量子傳感器，這種傳感器可以讓潛艇在不依賴衛星信號的情況下航行，量子雷達可能能夠發現「隱形」飛機。

儘管中美在量子技術領域競爭激烈，但由「墨子號」衛星(以一位中國古代科學家和哲學家的名字命名)實現的視頻通話，在很大程度上是國際合作的結果。這是潘領導的一個團隊和奧地利大學量子物理學家安東澤林格(Anton Zeilinger)領導的另一個團隊合作的結果。

潘建偉

上世紀90年代，澤林格是潘的博士生導師，他看到了這位年輕中國學生的潛力。「當他來到這裡時，他百分之百地專注於理論物理，」澤林格回憶說。「但我意識到他可以做得更多，所以我建議他轉向實驗，他做得非常成功。」事實上，這是如此成功，以至於當澤林格的前學生在2011年提出與洲際QKD合作時，他非常高興。

為了證明天基系統的可行性，潘的團隊已經進行了多年的實驗，最終中國政府同意建造一顆專用衛星，該衛星於2016年發射升空。讓QKD在地面上工作已經足夠困難了。從衛星上發射意味著要解決許多額外的問題，從將衛星的傳輸與地面站精確地校準到將大氣中丟失的光子數量最小化。

多倫多大學(University of Toronto)物理學教授盧(ho - kwong Lo)表示，觀察人士對此印象深刻。他補充說，「中國有大量資源投入到量子領域，這意味著他們可以做其他國家做不到的事情。」潘預測，有朝一日，不同大陸的數據中心將通過他正在計劃的量子衛星連接起來。

量子

中國的其他成就包括建立了世界上最長的地面QKD網絡。2032 -公裡(1263英裡)的地面連接北京和上海也策劃了鍋和發送該院站之間的方式,提供一個超傳輸網絡金融和其他敏感數據。

中國正在發表大量高質量的量子科學論文，在量子通信和量子密碼學等領域註冊的中國專利數量也在飆升，遠遠超過了在美國和其他地方註冊的專利。

為了幫助發展未來的量子研究人員，中國正在合肥建設一個耗資10億美元的國家量子信息科學實驗室，該實驗室將於2020年開放;它將匯集來自物理、電氣工程和材料科學等多個學科的專家。其中一部分資金將用於在同一地點建設一個新的科技大學校園，培訓量子研究人員。

量子

潘表示:「我們正在努力培養未來量子技術領域的人才。」他已經在中大創建了一個量子信息和量子物理中心。2018年6月，該中心的一個團隊宣布，他們創造了一項將18個量子連接在一起的糾纏量子位元的世界紀錄。這樣的進步將使我們更接近這樣一個時刻，即量子計算機最終能夠在某些任務上超越最強大的傳統超級計算機。

此外，中國還制定了太空計劃。潘說,未來四到五年,中國將推出四更低——量子衛星,軌道和軌道同步人會跟著不久。長期的願景是創建一個跨越大洲、量子安全的網際網路，可能超越今天的網際網路。展望未來，這項技術有一天可能被用於保護從智慧型手機到筆記本電腦的一切。

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