中国科技大学：为“量子筋斗云”插上腾飞的翅膀

全球首颗量子科学实验卫星已完成载荷、平台产品研制，正在开展发射星集成测试等工作；量子通信“京沪干线”项目已完成１５５４公里主干线光缆勘查和改造，将进行二期现场实施建设……记者从中国科学技术大学获悉，该校牵头承担的我国两大量子通信项目进展顺利，将于今年建设完成。

量子信息被认为是全球下一代通信和计算机技术的基础性研究，而量子通信是“目前理论上唯一被证明无条件安全的通信方式”。为了２０３０年建成全球化的量子通信网络，我国于２０１１年启动建设全球首颗量子科学实验卫星，２０１３年启动建设千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目。

“如果这两件事都做成了，意味着一个雏形的天地一体化的量子通信网络形成了，验证了技术上的可行性。”项目首席科学家、中国科技大学常务副校长潘建伟说。

据了解，量子保密通信技术基于量子力学原理，能确保两地之间密钥分配的绝对安全性，从而保证通信的绝对安全，在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景。

“京沪干线”项目工程总师、中科大教授陈宇翱介绍，“京沪干线”是连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，中间还有合肥、济南等重要节点。其中２０１２年建成的合肥城域量子通信网，４年来运行良好，通信正确率达到９９．６％，超过了目前的移动通信水平。

而量子科学实验卫星将在国际上首次实现高速星地量子通信，并连接地面的城域量子通信网络，初步构建中国的广域量子通信体系，为２０３０年建成全球化的量子通信卫星网络奠定基础。

据了解，我国能在全球量子通信研究和工程建设领域占得先机，是一大批科研工作者长期努力、勇于创新的结果。

在量子物理学诞生的１００多年里，全球对它的研究长盛不衰。量子是指微观世界里不可分割的基本个体，比如日常生活中的光，就是由大量光量子组成的。量子有着诸如未知量子态不可复制、量子非定域性等不同于宏观物理世界的奇妙特性，若能掌握这些特性，则有望实现对信息处理能力革命性的突破。

例如量子具有叠加性，如果能制造出１００个粒子相干操纵的量子计算机，在某些问题方面的处理能力将会比目前最快的超级计算机“天河二号”还快百亿亿倍。

在《西游记》里，孙悟空一个“筋斗云”就能越过十万八千里，几百年后科学家，在微观粒子层面上的实验验证了“筋斗云”这种超能力的可实现性。利用量子纠缠发展出的量子隐形传态，可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点，就像孙悟空的“筋斗云”一样，可以实现从Ａ地到Ｂ地的瞬间传输。

潘建伟团队的实验就证明了这种可能性：２００４年，利用五光子纠缠，团队首次实现了终端开放的、多接收用户的量子隐形传态；２００６年，利用六光子纠缠，团队首次实现了两粒子复合系统的量子隐形传态；２０１５年更是首次实现了多个自由度的量子隐形传态。

“如果我们带着一个保险箱去北京开会，而保险箱的钥匙落在合肥了，在合肥的同事可以通过量子隐形传态将钥匙的每一个特征都精确传送到北京，而在此过程中他并不掌握这把钥匙的任何信息。这在经典世界中是不可想象的。”潘建伟说。

潘建伟团队有着明确的科研路线图：通过量子通信研究，从初步实现局域量子通信网络，到实现多横多纵的全球范围量子通信网络，以保证信息传输的绝对安全；通过量子计算研究，为大规模计算难题提供解决方案，实现大数据时代信息的有效挖掘；通过量子精密测量研究，实现新一代定位导航等等。

今年初，以潘建伟、彭承志、陈宇翱、陆朝阳、陈增兵为主要完成人的中科大“多光子纠缠及干涉度量”团队，获得国家自然科学奖一等奖。

而在此前一个月，英国物理学会评选出的２０１５年度国际物理学十大突破公布，潘建伟和陆朝阳因首次实现同时量子隐形传输一个基本粒子（光子）的两个内秉属性的工作，入选并位列榜首，这也是在中国本土完成的科研工作首次获此荣誉。

据介绍，今年量子科学实验卫星和“京沪干线”两大项目如期建成后，将为我国和全球的量子通信发展打开一个更为广阔的全新局面。