“墨子”量子衛(wèi)星升空 潘建偉談中國量子通信技術(shù)
千百年來,人類一直渴望實現(xiàn)絕對安全的通信,而量子通信技術(shù)就能夠非常完美的實現(xiàn)這一夢想。過去的十年里,“互聯(lián)網(wǎng)+”改變了我們的生活,而現(xiàn)在“量子+”正在改變互聯(lián)網(wǎng)。作為世界頂尖的前沿科學(xué)技術(shù),潘建偉院士和他的團隊在量子通信的研究道路上遭遇過怎樣不為人知的挫折?在歐美眾多實力強勁的國家中,潘建偉團隊為何選擇奧地利作為量子通信項目的合作伙伴? 作為量子通信領(lǐng)域的技術(shù)強國,中國正從經(jīng)典信息技術(shù)的跟隨者,轉(zhuǎn)變成未來信息技術(shù)的并跑者乃至領(lǐng)跑者,而在此過程中我國量子通信技術(shù)的發(fā)展過程中又有著怎樣里程碑式的事件? 更多關(guān)于量子衛(wèi)星的最新獨家報道,我們邀請到了中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉進行了專題訪問。 ![]() 圖1中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉 尖端科技背后的故事 量子通信是基于量子力學(xué)基本原理的前沿技術(shù)。近年來,以潘建偉團隊為代表的中國科學(xué)家在量子通信領(lǐng)域取得了舉世矚目的重要科研成果,在尖端科技發(fā)展的過程中,我國科學(xué)家都經(jīng)歷了哪些不為人知的挫折和磨難?尖端科技的背后又隱藏著怎樣的技術(shù)難題? 潘建偉介紹說,在量子通信技術(shù)的研發(fā)過程中,單個光量子的制備和探測是主要的兩個技術(shù)難題。首先,制備單個光量子的技術(shù)難題。潘建偉舉了一個非常形象化的例子來解釋這一關(guān)鍵技術(shù)的難度:一個普通的十五瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個數(shù)可以達到百億億個,想要實現(xiàn)單個光量子的制備就如同在這百億億個光量子發(fā)射出來的瞬間捕捉到其中的某一個,技術(shù)難度可想而知。另一個難題是單光子的探測。單個光子已經(jīng)是光能量的最小單元,能量是非常微弱的,需要發(fā)展出非常精密和高效的單光子探測技術(shù)。具備了單個光量子的制備和探測的能力后,我們就可以用來實現(xiàn)安全的量子通信了。 量子信息的應(yīng)用除了實現(xiàn)無條件安全的通信外,還可以帶來計算能力的飛躍,這就需要第二種能力,把一個個的單量子糾纏起來。量子計算機的能力是隨著糾纏粒子數(shù)目呈指數(shù)增長的,比如有100個粒子的糾纏,每個粒子可以處于“0”和“1”的相干疊加,100個糾纏的粒子就可以同時處于2100個狀態(tài)的疊加,這就相當(dāng)于同時對2100個數(shù)進行操縱,計算能力就大大提升了。把一個個粒子糾纏起來需要對它們之間的相互作用進行精確的控制,同時還要保證克服環(huán)境的干擾。潘建偉團隊通過一種名為“光晶格”的實驗裝置來成功攻克了這一技術(shù)難題,而“光晶格”捕捉單個原子的技術(shù)原理就如同把雞蛋逐個放入蛋槽的過程,每個光晶格中只能容納一個原子,再人為控制這些原子的相互作用,使得它們糾纏起來。雖然現(xiàn)在的技術(shù)水平已經(jīng)發(fā)展到可以操縱數(shù)百個原子,但是想要實現(xiàn)數(shù)百個原子之間的量子糾纏態(tài)還有很長的路要走。潘建偉解釋說,如果能夠?qū)装賯原子糾纏在一起,就可以演示量子計算機的基本功能了。 ![]() 圖2量子糾纏態(tài) |