整理/记者 赵玲  编辑/刘昭

新媒体编辑/房永珍 校对 李云凤

【演讲专家】

潘建伟

中国科协副主席

中国科学技术大学常务副校长

中科院量子信息与量子科技创新研究院院长

中国科学院院士

量子信息技术在过去近二十年中得到了国家的大力支持，目前已经成为国家的重大战略。量子力学的建立催生了很多新技术的发展，已经成为了信息、能源、材料、物质科学甚至生命科学的重要技术支撑。

在量子信息科学中寻求突破 

当前，信息科技的发展遇到了一些瓶颈，比如信息安全和计算能力的限制。而这些问题都可以在量子信息科学中找到解决方法：利用量子通信提供一种原理上无条件安全的信息传输方式、利用量子计算提供超快的计算能力，揭示复杂系统规律。

在信息安全方面，利用量子通信可以实现量子密钥分发，再结合“一次一密”实现加密内容不可破译。之所以能够保证原理上无条件安全，是因为量子是构成物质最基本的单元，是能量最基本的携带者，其基本特性是不可分割，所以窃听者无法偷走“半个”光子；且对未知量子态的测量会扰动相干叠加状态，从而保证量子密钥分发的安全性。

▲“墨子号”实现基于纠缠的无中继千公里量子保密通信（图片来源/中国科学技术大学）

“墨子号”和“京沪干线”完成对接

针对广域量子通信的发展路线，国际上有三种路线图，分别是通过光纤实现城域量子通信网络、通过中继器连接实现城际量子网络、通过卫星中转实现远距离量子通信。

目前城域量子通信已经有很多应用，例如2012年“基于量子通信的高安全通信保障系统”投入永久运行。而城际量子网络也有了一定发展，在国家发改委“京沪干线”光纤量子保密通信技术验证与应用示范工程中，我们建立的光纤总长2000余公里，于2017年9月正式开通。

如果距离更远，无法铺设光纤时，又该怎么办呢？我国在2016年8月发射了“墨子号”量子卫星，该卫星当时有三个任务：一是利用“墨子号”实现千公里级，比如北京和乌鲁木齐这种比较遥远地点之间的量子密钥分发；二是实现千公里级星地双向量子纠缠分发；三是实现千公里级地星量子隐形传态。去年我们完成了“墨子号”和“京沪干线”的对接，构建了国际上首个天地一体化广域量子通信网络。

▲光量子干涉实物图（图片来源/中国科学技术大学 摄影/马潇汉、梁竞、邓宇皓）

量子计算：实现量子比特的规模化相干操纵

在计算能力方面，量子计算可以提供超强的计算能力，其计算能力随着可操纵的量子比特数呈指数增长。因此我们的核心任务是实现量子比特的规模化相干操纵。

国际量子领域将发展分为三个阶段，第一阶段时，相干操纵约50个量子比特，针对若干问题（如玻色取样、组合优化）的计算能力超越经典超级计算机；第二阶段时，相干操纵数百个量子比特的专用量子模拟机，揭示若干经典计算机无法胜任的复杂物理系统的规律，如高温超导机制；第三阶段时，研发可编程的通用量子计算机。

我国去年年底在光量子计算方面取得了比较好的进展——“九章”量子计算原型机可实现76个光子，处理高斯玻色取样问题比超级计算机“富岳”快一百万亿倍，等效地比谷歌量子计算原型机快一百亿倍，近期“九章”进一步升级到113光子，能力提升了10个数量级。

-------我是分割线-------

点击了解详情

-------我是分割线-------

同时，我国在超导量子计算方面近期也取得了比较好的进展，实现了12比特量子随机游走，构建了包含62个比特可编程的超导量子处理器“祖冲之号”，并将“祖冲之号”升级到66个量子比特，实现了随即线路取样问题的快速求解，比最快的超级计算机快万亿倍，等效地比谷歌超导量子计算原型机快3个数量级。我国是除美国之外唯一一个在两个系统上都实现量子计算优越性的国家。

另外，我国超冷原子量子计算与模拟实验也取得了进展，进行了中性原子模拟自旋-轨道耦合、超冷原子光晶格量子计算与模拟，超冷分子量子模拟等。

未来，在量子通信方面，我们希望构建完整的天地一体广域量子通信网络技术体系；推动量子通信技术在国防、政务、金融和能源等领域广泛应用，实现量子通信网络和经典通信网络的无缝衔接。在量子计算方面，我们希望实现数百个量子比特的相干操纵，对特定问题的计算能力超过目前全世界计算能力综合的100万倍；利用量子模拟揭示新材料设计、新能源开发等重大问题的机制；研发具备基本功能的通用量子计算原型机，探索对密码分析、大数据分析等的应用。■

（本文整理自中国科协副主席、中国科学技术大学常务副校长、中科院量子信息与量子科技创新研究院院长、中国科学院院士潘建伟7月27日在中国科协年会开幕式上做的主旨报告）

了解更多点此进入中国科协年会专题页面