新量子革命为中国带来机遇——2018年泉城干部大学堂第十期专题讲座纪实

专家名片

潘建伟 中国科技大学常务副校长，中国科学院院士，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长，发展中国家科学院院士，奥地利科学院外籍院士，主要从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究。

近年来，量子这一物理名词从幕后走向了台前，逐渐进入大众视线。特别是发展量子信息产业目前已成为山东省实现新旧动能转换的重要任务和战略举措。为此，山东省日前还发布了《量子技术创新发展规划(2018-2025年)》。济南市也将量子科技列入“十大千亿产业振兴计划”。量子究竟为何方神圣？它有哪些神奇绝技？未来它能给这个世界带来哪些变化？在昨日市委组织部举办的2018年第十期泉城干部大学堂上，潘建伟带来了一场有关量子的精彩介绍——

◤奇异的量子世界

何谓量子？对此潘建伟介绍，过去的牛顿力学认为，如果初始状态确定，那么根据力学方程，所有粒子未来的运动状态都可以精确预言。然而“如果按照这个思路再往下思考，一切事件都是已经确定好的吗？那个人的努力还有意义吗？但显然，人是有主观能动性的。”潘建伟说。

上世纪初，归功于普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡等众多杰出科学家的努力，又一扇科学之门徐徐打开。到底是什么改变了牛顿力学的基本观念？其中一个就是量子力学。潘建伟介绍，量子是构成物质的最基本单元，是能量的最基本携带者，不可分割。所有人们所熟知的分子、原子、电子、光子等微观粒子，都是量子的一种表现形态。

量子有何特点？潘建伟介绍，“在量子世界，可以是激发态和基态的相干叠加，可以是0和1、开和关等状态同时共存。”这种所谓的量子相干叠加正是量子世界最为显著的特点。而对处于量子纠缠的两个粒子，对其中一个粒子的测量结果会瞬间确定另一个粒子的状态，不论它们相距多么遥远，这就是“量子纠缠”。◤第二次量子革命能为我们带来什么

潘建伟表示，以量子信息技术为代表的第二次量子革命，一定会带来人类社会物质文明的巨大进步。报告中他介绍了量子信息科学的最新运用。具体来说，利用量子保密通信可以实现原理上无条件安全的通信方式，可以很好地提升网络安全；量子计算可以解决大规模计算难题。“利用量子相干叠加原理，可以构造具有强大并行计算和模拟能力的量子计算机。”潘建伟说，量子计算机的计算能力可操纵的粒子数呈指数增长，一台操纵100个粒子的量子计算机，对特定问题的处理能力可达到目前全世界计算能力总和的100万倍。

不仅如此，利用高精度的量子信息处理技术，还可对时间、位置、重力等物理信息实现超越经典技术极限的量子精密测量，大幅度提升卫星导航、激光制导、水下定位、医学检测和引力波探测等的准确性和精度。例如，利用目前最好的传统自主导航技术，水下航行100天后，定位误差达数十公里，需要定期上浮使用卫星修正；而利用原子干涉重力仪等高精度量子自主导航系统，水下定位航行能力可大幅提升，不需卫星修正就可实现长期自主导航。

谈到我国在量子科技领域的发展，潘建伟介绍，我国在量子领域起步较早，经过10余年的努力，取得了一系列具有重要国际影响力的原始创新成果。例如“墨子号”量子科学实验卫星在国际上率先实现了千公里级星地双向量子纠缠分发，并在此基础上实现空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验；在国际上率先实现千公里级星地高速量子密钥分发；在国际上率先实现千公里级地星量子隐形传态。“墨子号”发射后受到国际上的高度评价，入选了英国《自然》杂志2016、2017年度重大科学事件等。“可以说我们国家在量子通信领域已经国际领先。”潘建伟表示，“第一次量子革命已经在20世纪对我们的社会面貌和生活方式产生了巨大影响。可以预期，以量子信息技术为代表的第二次量子革命也一定会带来人类社会物质文明的巨大进步。同时也给我国一个从经典信息技术的跟随者、模仿者转变为未来信息技术引领者的伟大机遇。” （本报记者 沙文婧）

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