量子通信技术对保障国家信息安全具有重要战略意义。10年来,我国量子通信研究发展迅速,取得一批重要原创成果。“金融信息量子通信验证网”的开通,对推动量子信息技术更好服务于经济社会发展产生了积极示范作用。首次成功实现百公里量级的自由空间量子纠缠分发和量子隐形传态,为量子通讯卫星的研制奠定了技术基础,《自然》杂志称这项技术“有望成为远距离量子通信的里程碑”。
8月9日出版的《自然》杂志,刊发了一篇中国科学家的论文。这篇论文报告了合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部的一项最新科研进展——“实现百公里级自由空间双向量子纠缠分发和量子隐形传态”。它被审稿人评价为:“这是又一个英雄般的实验,这个实验有望成为远距离量子通信的新里程碑。”
这样的成果在该研究部并不鲜见,从2001年成立至今,研究部成员已在《美国国家科学院院刊》等5家顶尖国际期刊上发表了近百篇高质量论文。这个由最年轻的中国科学院院士潘建伟组建的团队,已凭借其丰硕的研究成果,5次入选欧洲物理学会评选的“年度物理学重大进展”、4次入选美国物理学会评选的“年度物理学重大事件”、6次入选我国两院院士评选的“年度中国十大科技进展新闻”。
不断涌现的成果令世界瞩目。世界著名科技新闻杂志——英国的《新科学家》曾在封面文章《中国崛起——人民的量子计算机》中这样评价他们:“中国科学技术大学——因而也是整个中国——已经牢牢地在量子计算的世界地图上占据了一席之地。”
近日,记者来到安徽合肥采访,试图探寻这个科研团队不同寻常的成功奥秘。
神奇美丽的量子宝库
“过去100年间,量子力学给人类带来了很多重要发现和应用;希望后100年间,中国科学家在量子世界的研究,可以为人类带来更多激动人心的惊喜。”潘建伟说。
“从北京到合肥采访,你是坐飞机来的吧。假设我们用量子纠缠态来对你进行隐形传输,前一秒你还在北京,后一秒,啪的一下,北京的你没有了,初始化为一堆完全混乱的基本粒子,而一个由另一团基本粒子组成的、包含原本所有信息的你,已经在合肥出现了。从原理上讲,量子力学允许我们这样以接近光速传递一个人。”
采访潘建伟时,他随口举出的例子令人深深感受到量子物理的神奇。量子隐形传态不是克隆,因为永远只有一份个体,当复制体完成的同时,本体亦不复存在;量子隐形传态又胜似克隆,因为复制体和本体之间完全一样,不仅相貌基因那些可测的参数一模一样,连记忆思想这些不可测的参数也一模一样。
与相对论同等重要、被认为是现代物理学两大支柱之一的量子力学,在诞生后的100多年间,已带来原子弹、晶体管、激光、核磁共振、高温超导、巨磁阻等许多重大科学发现和技术成就。
然而在100多年的研究中,尽管揭开了一层又一层的面纱,科学家们依旧不识量子的庐山真面目。量子世界,就像一座深藏在大山中的宝库,吸引一代又一代科学家投身其中,又用它的神秘让科学家们徘徊于宝库外的密道中,难以登堂入室。
但这种神秘恰恰激发了科学家们的寻宝热情。
对量子的研究将成为未来技术创新的源泉——在信息科学方面,量子不仅在提高运算速度和确保信息安全方面突破了传统信息技术的极限,还能实现超高精度的测量;在物质科学方面,通过量子模拟,我们可以理解复杂体系的物理机理,微观操控物质特性,并发现全新的物质形态;在生命科学方面,基本生命过程和认知过程很可能与量子相干和量子纠缠有关;而在能源科学方面,在量子尺度上进行能量调控,可实现能量的高效转换……