對話中國科學院院士王建宇：量子通信不會取代現有通信技術

量子通信是量子科技三大方向之一，經過20多年的努力，中國在該領域實現了從跟跑到領跑的重大轉變。近日，世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”牽手“京滬幹線”，我國科研團隊成功組建了世界上首個天地一體化的廣域量子通信網絡，實現了長達4600公里的綜合通信鏈路距離跨越，也爲我國未來實現覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了堅實基礎。

這一成果在國際學術期刊《自然》發表，《自然》雜誌審稿人評價稱，這是地球上最大、最先進的量子密鑰分發網絡，是量子通信“巨大的工程性成就”。

騰訊新聞「空天計劃」推出的《星空對話》欄目第四期邀請到了北京跟蹤與通信技術研究所高級工程師、北斗地面試驗驗證系統副總設計師盧鋆，對話中國科學院院士、量子科學實驗衛星工程常務副總設計師、衛星總指揮、中科院上海技術物理研究所研究員王建宇，對量子通信的技術突破和應用爲我們展開深入剖析和解讀。

王建宇表示，許多人對於量子通信都存在一定誤解。事實上，量子通信不會取代現有的通信技術，而是通過給現有的通信技術提供一種在密鑰分發過程當中無法破譯的密碼，成爲現有技術的補充和完善。

對於未來量子通信領域的發展，王建宇說：“ 產業發展是很複雜的一件事情。大家目前很看好量子這個賽道，投資市場也比較火爆。但讓量子真正產業化，它的門檻比較高，肯定還會有很多困難。當然如果是補充作爲密鑰這塊，真正做起來市場也是很大的。比如在量子測量、導航應用方面，還有一些以後量子成像、量子雷達等，首先會在國家安全上得到一些應用，也會出現一些相應的產品。投資量子領域是好事，但是風險還是要看得到。”

以下爲本期的直播對話實錄：

盧鋆（本期對話主持人）：大家好，歡迎進入騰訊新聞空天計劃推出的《星空對話》欄目直播間。我是本期欄目的主持人盧鋆，感謝大家準時收看。

近日，墨子號牽手京滬幹線，我國的科研團隊成功組建了世界上首個的天地一體化廣域量子通信網絡，實現了跨越幾千公里綜合通信鏈路的長距離傳輸。此舉標誌着我國已經成功構建出天地一體化的廣域量子通信網絡，爲未來實現覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了非常重要的基礎。

隨着技術的不斷進步，量子領域的應用範圍也會逐步擴大，量子化的技術場景也會逐漸融入我們的日常生活，它是否會成爲我們生活的常態？它會給我們生活帶來哪些改變？量子衛星技術的瓶頸是什麼？中國應當如何培養我們的量子技術的科研人才，並且保證這種隊伍的建設？今天我們有幸邀請到中國科學院院士、量子科學實驗衛星工程常務副總設計師、衛星總指揮王建宇老師進行對話，爲我們解讀量子衛星背後的黑科技。有請王建宇老師。

王建宇：大家好，我叫王建宇，來自中國科學院上海技術物理研究所，我們這個團隊參加了墨子號量子科學實驗衛星的整個過程的研製。非常高興和觀衆們見面，大家有什麼問題可以向我提問。

盧鋆：藉着今天這個機會，我非常有幸可以當面向您請教。普通的衛星通信與地面通信相比，有它獨特的優勢。地面通信會受到距離、障礙物等因素的影響，而衛星通信則可以在地面通信無法到達的地方通過衛星來實現信息遠距離的中轉和傳輸。那麼什麼是“量子通信”？與傳統意義上的通信相比，它的優勢是什麼呢？

王建宇：關於量子通信想必大家都有很多的疑問，曾經我也碰到過很多有疑問的朋友，其中有些甚至是從事科研的，他們往往會這樣理解，通信技術的發展最早是無線電通信，後來變成了微波通信、激光通信。他們問我量子通信是不是能夠把現有的技術給替代了？今天跟觀衆解釋一下，量子通信是現有通信技術的補充，並不能完全替代它們，它的作用是給普通的通信技術提供一種在密鑰分發過程當中無法破譯的密碼。之所以現在叫“量子通信”是因爲最早的時候名稱是從國外直接翻譯過來，Quantum Communication被翻譯成了量子通信，其實更嚴謹的說，量子通信就是產生一種不可破譯的密碼。

盧鋆：量子通信作爲排頭兵走在通信技術、信息革命的最前列，它是一個非常重要的突破點。這個突破點的核心在哪？

王建宇：大家知道上個世紀初有兩個非常著名的物理學上的重大發現，一個是愛因斯坦創建的家喻戶曉的“相對論”，還有一個就是量子力學。量子力學作爲四大力學之一，起到了非常大的作用，而且愛因斯坦本身就是量子力學的發明人之一，他的第一個諾貝爾獎的獲獎原因就是提出了光電效應，提出了光是粒子化的，這就是量子力學的一個概念。

盧鋆：我在網上看到的一些資料，說它的主要的理論基礎是「光電效應」 ，是不是這個概念？

王建宇：是的，就是光電效應。雖然量子力學並沒有像相對論那麼廣爲人知，但是在大學的課程中量子力學是必修課程，它揭示了微觀世界粒子運動的規律。可以這麼說，如果沒有量子力學，就沒有現在的半導體工業，大家每天在用的手機，都不會存在。

近些年量子力學又熱起來的原因是在量子力學理論中，存在很多理論上可以推導出來，但是現實上還不能解釋的現象。近幾年來，由於物理和科技的發展，很多現象可以通過實驗去解釋了，甚至可以爲我們所用，這相當於量子力學又迎來了新一輪的革命。這也是我們現在所說的所謂“量子信息學”，它包含了以下三大部分：

第一部分是量子通信。量子通信是最簡單的應用，比較容易理解。

第二部分就是更能夠改變世界的量子計算。雖然現在它還沒有像量子通信那麼成熟，但是全世界在量子計算的投入比量子通信大的多，一旦成功它將會顛覆我們整個計算的理念。具體什麼時候能成功我現在還不能預測，包括前段時間我們國內“九章”計算機，國外谷歌做的模型機，我認爲這些還只是一種理論上的探討。

第三部分就是量子測量，這個技術的用途也非常廣泛。比如我們原來導航最早用機械陀螺儀，後來用光學陀螺儀，它們還是有很大誤差的，可能兩個禮拜不矯正，誤差就很大了。但使用量子測量的話，半年甚至一年也不需要去調整它。我們生活當中有七大基本物理量，一米、一秒鐘最初都是用實物確定的，而現在都可以用量子測量方法來定義。所以量子現在對我們的生活會產生非常大的影響。

量子通信或者量子密鑰利用了量子物理裡面的兩個特點：

第一，任何物質都是粒子化的。比如說水分子，水最小的單位就是一個水分子，再好的化學家也分不出半個水分子。光也是一樣的，愛因斯坦發現光電效應，把光分成了一個個的光子，這就是第一個原理：量子是不可分割的或者說光子是不可分割的。

第二個原理是量子世界和我們現在的經典世界有一個非常大的區別，在經典計算機裡面，0就是0，1就是1，但是在量子世界中，0和1是相對而言的，以一定的概率存在。

我舉個比較簡單的例子，我們小時候很多人都玩過轉分幣的遊戲，分幣在轉的時候，我們就可以把它看成是一種量子態，這個分幣掉下來後到底是字還是國徽？我這樣問，估計一半人都要回答錯。但我換一種問法，拍一千次，幾次是字？幾次是國徽的那一面？這個問題就比較好回答，大概50%對50%。這就是量子的測量，不測量不知道，但是測量以後原來的狀態就被破壞了。由這個理論我們推出量子物理的另一個觀點：量子不可克隆原理，量子被拷貝一份以後，一定有一部分是錯的。量子通信的密鑰實際上用了上述這兩個原理。

再舉個例子，主持人在發密鑰的過程，發了很多密鑰出去，但由於空間外面的損耗，主持人只收到了10%，但這10%你收到了，別人就無法收到，這是量子不可分割的唯一性原則。竊聽的人會提出一種辦法，比如說我把你發的量子全部攔截了，之後再拷貝一份再發給給你，就能破壞或者破譯你的密鑰。這時候就體現了量子物理的第二個原理——量子不可克隆原理。當接收人收到以後，報給主持人其中一部分數據對一下，如果都是對的，或者只有一個兩個是錯的，這可能是信道通信的誤差，通信肯定是安全的，但如果有相當大的百分比數據是錯的，這套密碼就很危險，可能被人竊聽了，那我們就放棄這個密鑰。這就是爲什麼量子密鑰在分發過程當中是絕對安全的，這是非常通俗易懂的道理。我們在墨子號上做的一件重要的事情，就是從天上把密鑰發到地上。

盧鋆：您把它很重要的原理講的非常的清楚，剛纔您講到的不可分割的原理、不可克隆的原理，聽您講之後比在網上看的收穫更大。我最近看到一個新聞，今年1月20號上午，我國的兩院院士評選出2020年中國十大科技進展，第六大進展提到了科學家達到了“量子計算優越性”的里程碑。

談到量子計算。您講到了量子通信是第一步，後面有量子計算甚至量子探測。對於量子計算的原型計算機“九章”，它現在達到的量子計算優越性的這一里程碑對我們科學探索或者生活來說有什麼重要的意義呢？

王建宇：先聲明一下我主要是搞工程的，對量子計算不夠了解，我根據自己瞭解的簡單講一下。首先量子計算現在和量子通信不一樣，量子通信已經可以進入使用的階段，而量子計算是還在發展之中。它利用的是什麼原理呢？在二進制中，0就是0，1就是1。一個數據要增加的話，需要位數增加，計算機隨着位數的增加，比如CPU從4位到8位，現在到64位甚至更高，計算速度的上升是線性的。而量子物理中，由於是一種不確定態，0和1是以概率存在，一個量子有很多狀態，所以它增加的方式不是線性的，而是指數的，隨着量子的增加，量子計算的能力會上升非常快。

研究量子計算的科學家有一個比較美好的比喻，假定將百個量子量級進行糾纏計算的話，理論上它的計算能力是目前全世界計算機的能力之和。

有一個古代故事：一個智者和印度的國王以棋盤格子放麥子，國際象棋第一格一顆，第二個兩顆，按指數增加，最後國王把全國的麥子拿出來都不夠。量子計算運用指數增長的原理，所以量子計算一旦成功，它的計算速度非常快。

其次量子計算之所以好，恰恰還因爲現在正處於基礎原理攻關階段，它有很多實現方法，比如超導、冷原子、光子，我的形容是“萬馬奔騰”，到底哪種技術會跑得比較快，這不好說，但它們都有很大的進展。

量子計算其實和人類的科學和工程是同步走的，爲什麼這兩年比較快？它有一個非常重要的基礎，要完成量子計算一定要使得量子材料溫度非常低，這和人類發明激光冷卻是分不開的。所以量子的發展和製冷密切相關，現在我們一般的機械製冷制到幾K已經沒問題了，再加上激光製冷，它可以把原子降溫到形成一定順序，這樣科學家可以操控每一個原子，突破量子計算。

主持人剛纔提到了“量子優越”，這是什麼概念？量子計算是一種專門的、專用的計算機，不是我們想象當中的便攜機，而是用來解決某一種特殊的物理問題，類似於模擬計算機。針對一種物理現象，用傳統計算機仿真，這個過程非常複雜，而且加入一顆量子可能複雜程度提高一倍不止。但是量子計算用量子本身去計算，計算的就是自己，如果科學家操控它一個一個量子，計算速度是非常快的，形成一個物理系統，這就是所謂的量子計算在特定領域的優越性，我們給了它一個名字叫“量子優越”。現在對量子計算來說，量子優越這件事情，我們已經看到成果了，它確實比現有的計算機快非常多倍。

盧鋆：我終於知道經常說的優越性是什麼意思了，就是它在某一個領域上的獨特優勢，所以把它稱爲量子計算的優越性。

王建宇：是的，比如業界有人說什麼「量子稱霸」，同樣的道理。

盧鋆：愛因斯坦早期發現這個問題，現在想想過去了百年，現今咱們才把這些技術真正的作爲科學實驗，未來將進入人們的生活。大家都把量子技術稱爲顛覆性技術，給我們生命、生活以及日常的生產，帶來很多顛覆性的影響。剛纔談到了量子通信這種安全的通信方式，包括您提到它能提供一種不能被破解、不能被竊聽的安全信息方式，咱們現在還有很多傳統意義上的保密方法，這種方法有沒有可能跟新的方法結合，進而產生一種更爲安全的保密體系？

王建宇：這個問題非常好，我們2016年發墨子號在國內外也有質疑的聲音，有些聲音不是太友善，也有聲音表達對科學的探索。主要有幾個關注點：

第一個問題，針對量子通信和我們的量子保密這件事情沒分清楚，所以有質疑聲音說不是通信而是產生密鑰，但我們的定義就是這樣的。

第二，做量子的時候，我們找到一種物理上的原理，它在分發過程當中是不可破譯的，也有很多人提出質疑。但是世界上的事情沒有絕對的。對於密鑰保密系統工作者說，這件事沒有那麼簡單，這是一個原理，我們保密體系是很龐大的，想要進入沒那麼容易。

嚴格說，量子密鑰有邊界條件，在分發過程當中不可破譯，更嚴格的說，在分發過程當中一旦被竊聽，我們便能知道，這點和傳統的保密相比，已經是非常了不起了，其他的都是在不知不覺當中被人偷走，在這個方面它是有革命性的。

量子密鑰真正要用到我們生活當中，大家知道這種工作最早用的一定是國家的安全體系——金融安全。現在還有大企業，一開始成本肯定比較高，比如中科大團隊在建天地量子密鑰以後建了一個京滬幹線，不能說是使用系統，它能演示我這個密鑰在裡面怎麼用的。

經過這4年，國內非常好，開始的時候很多人質疑我們，現在轉變成大家共同來想辦法怎麼能夠把這個好的技術用到我們生活當中去。科學院、工程院，包括國家的保密部門，都和我們一起來考慮怎麼樣把這個納入到現在的保密體系中。新事物不能把舊事物一下全部推翻，一定是慢慢置換的過程。國家層面上也會有關於量子通信和量子計算機的有重大專項會，這裡面我們會做很多工程化和實用化的事情。

盧鋆：我在本科階段也學過計算機，當時的專業是計算機科學與技術專業。隨着安全，確實是矛和盾的兩個方面，攻和防確實沒有絕對的安全。

剛纔您說分發，安全的分發，在分發的過程中您大概知道您的密鑰有沒有被別人監測或竊取。我們作爲一個密鑰分發的衛星，如果這個衛星本身的控制權（已知有空天攻防的概念），它的控制權到相應的外方手裡，是不是有泄露的風險？在現實條件下，如何實現安全和遠距離的保密通信？

王建宇：從科學上來講都是會發生的，應該說我們現在密鑰，量子裡面也是有很多方式。我們現在最常用的叫黑科技，它不是真正一個一個量子，我們叫光子狀態，激光出來以後，我只要把激光衰減，它的光子數非常少了，通過數學上嚴格的證明，它也可以作爲不可破譯的密鑰。這是現在用的最多的。

像這種密鑰有一端被人控制以後，是不行的。但是量子力學的魅力就在這個地方，有很多原來覺得不可思議的東西，但現在發現非常有用。我要說到另外一個概念，所謂的“量子糾纏”，什麼叫“量子糾纏”，我前面說了很多量子不可克隆，量子不可測量。不測的時候狀態不知道。反過來一個量子，測了這個是絕對不可能知道另外一個，但是在量子力學裡面，科學家發現在一些特殊的情況下，一堆量子有一個測定狀態以後，另外一個立馬會跟着確定，叫“量子糾纏”現象。科學家認爲此事非常奇怪。量子力學創始人愛因斯坦對這個都感到迷惑，他說這個不對，一定是量子力學理論不完善，造成了這種現象。

因此科學家們就是要搞清楚這個事情，他們理論做推導，又有了實驗，驗證了這種糾纏現象確實存在。我們墨子號第二個任務就是來驗證，因爲科學實驗我地面做了一公里，不等於十公里是成立的。做了十公里，不等於一百公里是成立的。我們在墨子號上把這個做到了一千公里。本身是一個物理學上猜測的驗證，這在我們三大成果裡面，這個成果的關注度幾乎是最高的。技術上最難實施，當時我們要把一堆糾纏光子分到兩個地面站，這麼高精度都要收到。這個密鑰有一個非常奇怪的特點，就是衛星被控制了，只要你這個糾纏光源在發，連衛星都不知道這個密鑰是什麼，只有地面兩個測到的人才知道。從理論上也有這樣一個做更高級的密鑰。

盧鋆：即使衛星被控制，最終地面的兩個用戶他知道自己密鑰是什麼樣的情況。您剛纔提到了量子科學實驗衛星，當時是三大科學任務目標，有一個突破了千公里技術，感覺是最核心的。現在科學的目標實現之後，還有哪些科學目標咱們要做？從科學嚮應用這塊去逐步進去，量子的技術融入到咱們的日常生活，會在什麼樣的週期內成爲我們生活的組成部分之一？會給生活帶來哪些方面的改變，有沒有一些例子？

王建宇：墨子號當時設定的目標是三個，一個就是密鑰分發，前面說過了。第二，糾纏分發，驗證這個糾纏現象超過千公里還存不存在。第三個任務是我們要做一個所謂的隱形傳態，它是量子力學另外一個東西。

前面說了量子不可克隆，一個系統如果不可拷貝，它和外面無法交流信息，科學家覺得它有自己的通道。上世紀末歐洲的科學家覺得如果這個糾纏存在，量子信息傳遞可以通過糾纏的方法來傳遞。後面起名叫“隱形傳態”，和一般的拷貝不一樣，一個量子從一個地方傳到另外一個地方。所以我們的第三個實驗就是要做一千公里天和地，我從地面送一個量子狀態到衛星上，我能不能做到這個？

三大目標裡面後面兩大目標嚴格說都是科學實驗，第一個是可以使用的。墨子號做完以後，我們設計的壽命是兩年，也做的比較好，到現在還在正常運行，其實科學家利用這個還是做了更多的實驗。第一，我們不單自己做，基礎研究這個東西希望大家都來參與，中國做了這個你向外國不太開放，人家就懷疑你，你做好地面站，後面兩個他們沒法做，第一個實驗他們也是可以做的，好幾個國家已經做了。

第二，科學家也會考慮很多新的科學實驗，舉一個典型的例子，我們成功實現了用糾纏源作爲密鑰，我們成功的做成了，這個工作也是一出來就登到《科學》雜誌上去了，國際上也是非常認可這件事情。

我們同國外合作，實現了全世界第一個洲際量子密鑰傳遞。比如當年邀請中國科學院大學白春禮院長和奧地利科學院的院長，兩個人通過量子保密視頻電話進行通訊。我們又做了愛因斯坦相對論裡面有一個“退相干”的猜測，我們用這個驗證了至少在一千多公里範圍裡面，退相干是不存在的，它還是相干的。科學家做了很多新的實驗，現在他們還在做，這對科學家很寶貴，相當於一個空天的實驗系統。和老百姓的生活應用到底怎麼樣？我們也是有計劃的，有設想的。因爲一個科學系統總歸希望儘快得到應用，也能回報國家、回報人民。

我們在密鑰分發上可能會比較快的走到實用，需要做幾件事情，現在墨子號僅僅是一個科學實驗衛星，能做的時間非常短，我們採取兩個辦法：

第一，接下來如果要把衛星的軌道提高，軌道高了才能看到的區越大，可以提高它分發的效率。第二，我們只能晚上做實驗，白天不能做，因爲白天背景光太強了，我們要把這個問題解決了。

我們還想組建一些用的專用的小衛星的網，我們國家現在做很多各種各樣空間互聯網通信衛星，也可以在上面搭載一個儀器，來進行密鑰的分發。

我估計不遠的將來就能夠用到，比如國家的一些涉及保密的單位等都能用到，但日常生活的應用，比如說在手機裡安裝，離老百姓還是有一定的差距。日常應用也不是非要安裝手機裡面，比如給銀行用，那麼密碼的設置安全性會提高很多。我們還是比較有信心，目前國家重大專項也在設，從民間來說各種資本也願意投資到這個領域，我不敢說完全產業化，但發展應用是很快的。

盧鋆：王院士這裡面有兩個問題，我想關注一下，您剛纔說“隱形傳態”，我在網上看的時候很多人還問，是不是就像一個時空穿梭機，我從一個地方到另外一個地方後還可以保證我的唯一性，因爲我原來的狀態就被銷燬掉了。有沒有這樣的比喻？

王建宇：網上是有這個比喻，這種時空穿梭應該說是種美好的願景，具體怎麼做的呢？我簡單說一下，這個東西原理非常複雜。比如說我有一個粒子傳到另外一個地方，可以藉助糾纏堆。糾纏堆是指，一個A一個B，和粒子A先做一個測量作用，我們就說一個量子測量，從量子力學來說測量以後本身這個粒子和糾纏粒子A都坍縮到經典態了，所謂的本身就消失了。因爲A和B是糾纏的，和A的測量就相當於和B的測量，它的特徵瞬間毫無時間轉到B上。這個粒子和A的測量的結果傳到另外一個地方去，把這個數據和B的粒子在量子力學裡面作爲一個變換，不是測量，就可以把原來這個粒子的狀態完完全全恢復出來。誇張的說突然一下這個粒子出現另外一個地方，像時空穿梭一樣。

盧鋆：您說到咱們量子通信衛星墨子號，量子科學實驗衛星它是2016年發射的，之前的設計壽命是多長時間？是不是已經超期服役了？

王建宇：我們已經超過一倍以上的時間了，我們做了一個評估延壽是約兩年的時間，現在再兩年延壽也已經完成任務了。

盧鋆：超期服役的衛星確實效益還是非常高的。還有一個您剛纔講到了兩個地面站，墨子號衛星是靠什麼連接和傳遞，是靠激光的鏈路嗎？

王建宇：從技術上來說，衛星上面的激光下來，有一個導引光。量子真正通信，眼睛是看不見的，一個一個光子根本看不見，必須有一個導引光，這個導引光和激光通信從原理上是非常相似的。但是我們比激光通信要困難在什麼地方？

第一，導引光是一種強光，而我們的量子通信光是十分微弱的光，所以我們的光混着導引光一起下來，這個光子就像大海撈針一樣。我們要挑出來，對接的方法全部是和激光通信是類似的。

第二個困難的地方，一般的激光通信都是一個衛星對一個地面站。但是因爲我們設計了糾纏分發，這顆衛星必須高精度對兩個地面站，這個當時對我們挑戰是最大的。我也有一些國外的朋友搞量子的開玩笑說，王院長你們做的量子衛星，量子這個東西我們也會做，捕獲跟蹤這個手段太強了，我們覺得從技術上來說，這個技術我們現在是做的最好。

盧鋆：還有一個問題，三大實驗任務剛纔說到了首次在國際的空間尺度上，開展了量子糾纏的分發實驗，有一句話，愛因斯坦把量子糾纏稱爲鬼魅般的超級作用，是這麼提過嗎？

王建宇：是的，超遠距離幽靈般的相互作用，有人形容「鬼魅般」、「幽靈般」都說過。

盧鋆：這種幽靈般的超級作用是不是在更遠的距離上存在，引力、相對論、還有一些相關因素，是否是影響因素？

王建宇：這可能也是我們科學家後面要探索的，因爲從物理學上實驗驗證，做了一公里不等於兩公里成立，現在我們做了一千公里不等於一萬公里是成立的。包括引力退相干這個理論，現在驗證了在一千公里裡面沒有退相干，糾纏現象還是保持的非常好，但是不是到一萬公里，甚至在地球和月球之間的距離做這樣的實驗，還能不能保證它的相干性，這個是我們從物理學上以後要做的一些實驗，科學家也想以後有一個信道到月球上，我們也有這個能力來做地球和月球之間的相干，進一步證明愛因斯坦的廣義相對論、相干測量，在這麼長距離是不是可行。

盧鋆：距離沒有最遠只有更遠，科學目標沒有最高只有更高。您剛纔說了墨子號衛星兩年又兩年，超期服役，相關的科學目標也全部完成了。墨子號後面還有一些超額的設計目標要突破嗎？

王建宇：這相當於基礎研究，科學家比較寬鬆一點，他們絕對不會把墨子號放在那裡不用。三大成果完成以後，同樣量級的成果又出了好幾個，包括洲際的密鑰分發、糾纏的密鑰產生、退相干理論。我們下面想通過這些東西來做一些視頻傳遞測量的事。

盧鋆：超高鏈路的視頻傳遞也是我們特別關注的，北斗也有相關的芯片鏈路，我們也在跟空間站做一些相關的科學實驗工作。您提到北斗，我個人有一個問題想請教您，現在我們提量子導航，它某種意義上是不是一種自主的導航手段？

王建宇：導航科學原理其實非常簡單，三個點或者四個點定出另外一個點，通過時間的傳遞，最終的誤差很多來自於地面大氣層的干擾，高精度的誤差。

實際上，量子它是通過糾纏的辦法，有些測量是通過糾纏辦法可以減少干擾，它不是說消除這個干擾，所以如果有多少個糾纏對，它精度可以提高N的開根號水平，原理是通過量子糾纏的方式來減少大氣自然界對時間傳遞的干擾。

盧鋆：包括我們國家，以及現在國際上很多國家，都在形成各國綜合多種定位導航手段的體系，核心肯定像全球覆蓋的衛星導航系統，這是非常重要的基石。此外還要融合其他的手段，量子這種導航也是非常重要的，像您說減少誤差源的產生，不能形成絕對的精度，但是可以形成相對精度的提升。現在有很多資本對量子也很關注，大家都很關注高技術領域的投資，很多場景像剛纔說密鑰分發未來會應用到我們生活當中去，可能還有一些科學目標待實現。現階段您覺得量子領域如何突破才能應用到我們現實生活當中？我想這個可能對這些資本的投入也能提升他們的信心。

王建宇：我談談自己的體會，產業發展是很複雜的一件事情。大家目前很看好量子，這個賽道比較火爆，但讓量子真正產業化，它的門檻比較高，肯定還會有很多困難的。從量子通信來說，它是現在通信的一種補充而不是替代。外面有傳言說量子通信要把原來光通信替代掉，這是不對的，當然光是補充作爲密鑰這塊，真正做起來市場也是很大的。比如量子測量領域，導航裡應用，還有量子成像、量子雷達等等，首先有一些會在國家安全上得到一些應用，也會出現一些相應的產品。投資量子是好事，但是風險還是要看得到，技術攻關還在突破中，甚至在國際上也存在一些爭論。誰先進去，可能後面成長的空間就大了，我個人覺得是好東西，但還是要慎重。

盧鋆：體現了科學家嚴謹的態度，之前咱們談到量子通信，對於未來量子計算領域的發展和探索，包括量子探測的領域。我之前聽過一位專家提到講量子探測、在遙感領域的應用發展會較多的。不知道王院士對這方面能不能介紹一下？

王建宇：量子探測從根本物理學上講，它是一個怎樣的進步呢，以前我們都是用所有物質的外特性，比如機械的外特性，到光的外特性，它就先用光的波長，後來再進一步用光的相位又能提高很多，量子是用原子裡面的固有特性，它比這些特性又提高許多量級。

包括前面我們提到了很多物理量的定義，都是用原子裡面的特性，比如什麼波長、哪個能接到、哪個能接、躍遷的波長是多少倍等等。總的來說我們可以先看三個方面：

第一，在量子測量方面，量子探測要用的就是量子陀螺，很多人都已經在做了。它比傳統的陀螺高几個數量級。

第二是量子定位，可以通過量子的辦法降低干擾，提高精度。還有一種是測重力場，以前有重力場的傳感器，用量子的方法也可以做重力場的傳感器，這個也是可以提高精度的。

還有一種，我原來是研究遙感的，它有一種新的量子成像，理論上可以對傳統遙感成像理論提出一些挑戰，離真正達到現在成像的效果還有很多路要走，原理上是有突破的。量子測量可能是最實用，今後也能看得見的一個領域。

盧鋆：我們現在在研究量子導航這塊，剛纔您談到量子糾纏包括量子陀螺，我也希望咱們國家在這方面成爲我們非常重要的支撐。大家現在還有一個疑問，之前我一聽量子總認爲它是一種粒子，比如我們經常說物質是由原子組成，原子是由原子核和電子組成，原子核又由質子和中子組成，量子跟各種子是一種怎樣的關係？有沒有可比性？

王建宇：量子嚴格來說是微觀世界粒子的總稱，原子是一個量子，電子也是一個量子，量子是它們在微觀世界的一個總稱。粒子到微觀世界以後，這些粒子都有所謂的這些量子的特徵。

盧鋆：量子除了是粒子，它是不是一個數學概念呢？

王建宇：比如有一個電子、一個質子、或者一個原子，它們都是有質量、有體積、看得見、摸得着的。但是光子也是非常特殊的，也是大家公認的量子，光子因爲速度是光速，它沒有靜止質量，但是其他也是符合量子力學的特徵。量子就是一個統稱的概念，這些東西通通都可以叫量子。

盧鋆：很多航天火箭，包括衛星起的名字都非常有詩意。他們會用古人、先人的名字來命名，“墨子號”命名背後有沒有什麼故事跟大家分享？

王建宇：墨子號確實有含義和故事。當時我們科學院發了四顆科學衛星，第一顆是暗物質探測，後來是全部徵名的，它起名叫“悟空”，到我們的時候，科學院領導問我們要不要徵名，我們內部討論以後覺得不太合適，主要是潘建偉院士提出來的，他說我們不徵名了，就叫“墨子號“。墨子是中國四大聖人之一，四大聖人裡面，墨子以技術發展擅長，《墨經》裡面有很多中國科技發展的題材，特別要說道的《墨經》裡面記錄了光學中最基本的實驗——小孔成像，這在全世界有最早文字記錄的。我們這顆衛星主要用光學的手段，用激光做的，所以爲了紀念聖人，也紀念光學的老祖宗，我們把這顆衛星起名爲墨子。

盧鋆：現在很多科學家都有這種浪漫的情懷，這種經典的文化，經史子集的瞭解，對我們來說很多年輕一代增加了對航天，對科學的興趣。最後兩個問題，現在我們有科學實驗衛星墨子號，根據需要開展一些研究工作，後續量子這塊還有哪些航天的發展計劃？

王建宇：有的，還是以科學實驗爲主，真正從產業到實用化，肯定是國家產業化會做的。我們會考慮發一箇中高軌的衛星，把軌道提高以後來解決前面提到的白天晚上問題，如果有實用化的，或者有企業感興趣，我們會增加低軌的量子通信小衛星。這些計劃都在安排當中。

盧鋆：既有大尺度的實驗，也有專門的業務衛星考慮。

王建宇：大尺度的中高軌衛星是新一代的空間科學的探測，我們在上面還會再增加一些類似的科學實驗。

盧鋆：高軌衛星承載量還是非常大的，可以是多個科學載荷共上，共同來利用這個平臺。現在咱們這種高科技的技術其實需要高科技的人才隊伍，您感覺目前量子技術研究科研人才能不能滿足隊伍需要？應該怎麼去保障隊伍更加蓬勃發展來支撐事業的蓬勃發展？

王建宇：人才永遠是不足的，量子這塊更困難一點，它還是尖端物理，學物理的人來做是比較好的。前段時間也有一些趨勢，我們有些年輕學生怕物理，考物理系都不大敢，我覺得學物理非常好，學物理對能讓自己對世界的認識比較客觀。我也是學物理出身的。最早的時候物理學的不夠好，想想又去做工程，物理基礎打的好，轉變也非常快。一個大的產業和一個新的技術興起，人自然會跟上，它有一個自然規律。也可能這麼一來，有更多的人覺得學物理還是好的。

盧鋆：現在人才隊伍的流失是一個問題，怎麼用科學爲國家服務、爲社會服務、爲世界服務，這種新的更宏觀的目標能吸引更多的年輕人加入到隊伍當中是非常重要的命題。謝謝王院士的分享，給網友朋友們好好上了一課，包括咱們的幾大量子原理、不可分割原理、不可複製克隆的原理、不可測量的原理。也分享了我們國家在量子通信、量子計算，包括量子測量這個領域在國際上的領先地位。聽了王院士的介紹後感覺很振奮，包括後續還有一些新的發展規劃。

其實墨子號上天之後，幾大科學目標的實現，國際上的比對實驗，在國際國內產生了非常大的影響，確實未來如果能在我們的生活中爲我們國防的安全、金融的安全、生活的保障上發揮更大的作用，這是我們更期盼的事情，謝謝您。您有沒有結語送給我們的青年朋友們？

王建宇：希望有更多的青年朋友能夠熱愛物理學，加入到我們的量子隊伍，也希望量子技術早日走入千家萬戶。

來源：騰訊科技