從未停止的「糾纏」

2020-11-25 人民網

原標題：從未停止的「糾纏」

　　不懈地與量子糾纏，潘建偉團隊於1月8日以「多光子糾纏及幹涉度量」研究成果，問鼎國家自然科學獎一等獎。

　　2001年，潘建偉回到中國科學技術大學建立實驗室。一路走來，他和團隊一起在量子信息領域取得了多次重大突破，先後六次獲得英國物理學會、美國物理學會評選的年度國際物理學重大突破等榮譽。

　　科技進入20世紀，隨著計算能力提高，難題來了：曾經堅不可摧的密碼在竊聽與黑客攻擊下面臨越來越大的隱患。

　　「突破信息安全的瓶頸對於保護公民和國家機密資源至關重要。」潘建偉把目光投向了量子通信。

　　量子通信是目前被嚴格證明的最安全通信方式，但其實現難度超乎想像。經過多年努力，2007年，潘建偉團隊利用誘騙態方法，在國際上首次實現安全通信距離超過100公裡的光纖量子密鑰分發，開啟了量子通信技術實用化大門。

　　但新問題又隨之而來。城市中光纖資源豐富，利用光纖來實現量子通信固然是最有效的途徑。但光纖有不可避免的損耗，隨著距離增加，光子幾乎全部被吸收。這意味著僅靠光纖，量子通信只能停留在短距離應用上。

　　潘建偉很早就意識到這一點，在發展光纖量子通信技術的同時，開展自由空間中的量子通信研究。2005年，潘建偉團隊發表了題為「13公裡自由空間糾纏光子分發：朝向基於人造衛星的全球化量子通信」的論文，證明當糾纏光子分發經過相當於整個豎直大氣層後，其糾纏特性仍能保持，向世人宣告通過衛星實現全球化量子通信成為可能。此後，他們的一系列突破，為最終實現星地量子通信奠定了堅實基礎。

　　在國家發改委支持下，項目組開始籌建「京滬幹線」，預計2016年底建成連接北京和上海的千公裡級廣域光纖量子通信網絡；首顆「量子科學實驗衛星」將於2016年發射，以初步構建我國「天地一體」的廣域量子通信體系。未來的量子通信，在原理上完全保密，不能被竊聽，將在國防、政務、金融等領域會有非常重要的應用。

　　對糾纏態的研究，可為將來高速度的量子計算機打下基礎。「求解一個包含1024個變量的方程組，利用目前最快的天河2號超級計算機要100年，而利用工作頻率比天河2號還要慢一萬倍的量子計算機，只要0.01秒。」潘建偉說。

　　在潘建偉團隊組建之初，國際上對多光子糾纏實驗製備和操縱幾乎空白。為了攻克這一世界性難題，潘建偉項目組與之糾纏了近十年。2003年，團隊終於實現四光子糾纏態，此後一直保持著糾纏光子數目的世界紀錄。團隊基於多光子糾纏操縱技術，在國際上率先實現了紹爾算法、拓撲量子糾錯、快速求解線性方程組算法、量子機器學習等幾乎所有重要量子算法的驗證。在未來10到15年，在某些特定問題處理方面將具備超越目前最快的超級計算機的能力。

　　與量子的糾纏，是一場接力長跑。「要讓實驗室成為百年老店，需要不同學科背景的年輕人才。」在潘建偉回國之初，國內量子信息領域人才儲備極為薄弱。他一面招收研究生和博士後，一面選派學生到國際先進小組學習，實現人才和技術的積累和儲備。

　　如今，以彭承志、陳宇翱、陸朝陽等為代表的青年學者組成了強大的研究團隊。英國《自然》雜誌指出：「這標誌著中國在量子通信領域的崛起，從十年前不起眼的國家發展為現在的世界勁旅，將領先於歐洲和北美。」

　　潘建偉下一步的科研路線：「要通過量子通信研究，實現天地一體的全球範圍量子通信網絡；通過量子計算研究，實現大數據時代信息的有效挖掘，揭示高溫超導、高效人工固氮等複雜物理體系的規律；通過量子精密測量研究，實現新一代自主導航、醫學檢驗、引力波探測。」

　　他與量子的糾纏仍在繼續。

　　（科技日報上海1月8日電）

(來源:科技日報)

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