星際穿越可以實現嗎？聽潘建偉院士怎麼說

“在很多科幻作品裡，都有這樣一個令人神往的情節——利用某種神秘裝置，人可以瞬間被傳送到宇宙中遙遠的其它地方。這樣的技術真的有朝一日能實現嗎？量子技術可以做到嗎？”

面對科大附中的高中生提出的這個問題，潘建偉院士給出了自己的看法：“量子力學理論本身還在發展，目前看來，至少它原理上沒有禁止其實現。關於星際旅行的實現方法，人們大致有一些想象，在我看來，如果將來真的被證明可行，我認爲大概率還是要通過量子隱形傳態”。

雖然星際旅行目前還是幻想，但是現代科學已經讓很多神話傳說中的想象變成了現實。吳承恩筆下的“順風耳”、“千里眼”，因爲有了電動力學，早已成爲普通人的日常；“天上一日、地上一年”的設定，也已被相對論證實。而孫悟空出神入化的“分身術”和“筋斗雲”，正是量子世界裡奇妙現象的形象表達。

在自己研究的領域，讓小時候最愛讀的神話故事變爲現實，對於中國科學院院士潘建偉來說，有着別樣的神奇體驗。昨日，在墨子沙龍活動現場，潘建偉院士以一場名爲《從愛因斯坦的好奇心到量子信息科技》的報告，跟科大附中的小觀衆們分享了自己對量子研究的感悟。

量子是構成物質的最基本單元的全稱，量子世界的規律——如量子疊加、量子糾纏，神秘莫測，至今科學屆也普遍認爲“沒有人真的懂量子力學”。費曼想要在世界末日留給後人的那句“世界是由原子構成的”，也說明了微觀世界的豐富內涵。

有趣的是，量子力學不僅帶來了思想和哲學上的突破，更帶來了現實世界裡技術上的飛躍。我們今天的電子產品、信息技術、導航系統、激光、核磁共振等相關技術，都是上個世紀“第一次量子革命”中催生出來的成果；而目前正在展開的“第二次量子革命”，針對信息科技進一步發展面臨的重大問題，早已做好了準備。

量子通信是一種原理上無條件安全的通信方式，可以有效解決信息安全傳輸問題；量子計算與模擬，可以其超快的計算能力，揭示覆雜系統規律，滿足人工智能、大數據等的計算能力需求。量子技術正被用來突破經典信息技術的瓶頸，在解決人類重大需求的方方面面，顯示出獨特的生機和活力。

而潘建偉自己，從初識量子力學神秘的學生，到留學奧地利，與同事合作完成世界上的首次量子隱形傳態工作的量子信息領域研究者，量子像一本永遠讀不完的書，始終吸引他不斷探索未知的更深處。

作爲量子領域的科學家，做出好的科研無疑給了潘建偉很大的滿足感，而最令他感到自豪的，是在自己的祖國，中國人自己的團隊做出了好的科研。

2001年，潘建偉從奧地利回到中國科大，組建了量子物理與量子信息實驗室，爲了更好地開展多光子糾纏操縱的實驗研究，他安排年輕的學生們分赴世界各地一流的實驗室學習前沿的科學和技術。至今，潘建偉仍記得2009年的國慶，自己在人民大會堂觀看大型音樂舞蹈史詩《復興之路》，感慨良多，給海外的學生們發信息，鼓勵他們努力學習，“早日學成歸國，爲民族復興、科大復興盡力”。

學生們沒有辜負他的期待，2010年前後，他們從世界各地陸續回到中國科大，形成了一支優勢互補的團隊，走在了量子信息領域的世界前沿。

在基礎研究方面，潘建偉團隊在量子通信、量子計算和高精度測量等方面的研究成果，多次被諾貝爾物理學獎、沃爾夫物理學獎等重要獎項的官方解讀所引用，我國在量子信息領域的重大成果，尤其是“墨子號”量子衛星的成功實施，推動了該領域得到國際學術界的高度重視。

在實際應用方面，團隊於2012年建成實用化城域光纖量子通信網絡，而針對遠距離量子通信面臨的挑戰，團隊採用基於可信中繼的城際量子通信網絡方案，國家發改委“京滬幹線”光纖量子保密通信技術驗證與應用示範工程於2017年9月正式開通； 2022年9月國家廣域量子保密通信骨幹網項目全線貫通 ，總長超過10000公里，覆蓋17個省份約80個城市；而自由空間量子通信，則是遠距離量子通信更有效的解決方案。

團隊於2003年提出衛星量子通信的構想，希望利用大氣層以外的自由空間，降低光子的損耗和退相干。爲此，團隊開始了艱苦卓絕的一步步驗證，通過13公里自由空間量子糾纏和密鑰分發實驗、16公里自由空間量子隱形傳態實驗，證明了光子在穿透大氣層後，其量子態能夠有效保持；通過百公里級自由空間量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，證明了在高損耗星地鏈路中進行量子通信的可行性；爲了保證實際衛星運動姿態下進行星地量子通信的可行性，高精度的捕獲、指向、跟蹤技術、高靈敏的信號探測能力，任何一項技術都不能拖後腿。最終，2016年成功發射了世界上首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，“墨子號”三大科學實驗任務——千公里水平的星地雙向糾纏分發和貝爾不等式檢驗、星地量子密鑰分發、地星量子隱形傳態，都已經順利完成，北京和維也納之間的7600公里洲際量子通信也圓滿實現。未來，將通過太空中低軌、高軌的衛星組網，配合城域量子通信網絡和城際量子網絡，實現天地一體化的廣域量子通信保密體系，推動量子通信技術在國防、政務、金融和能源等領域率先加以廣泛應用，實現量子通信網絡和經典通信網絡的無縫銜接。中高軌量子衛星，還將被用於構建高精度廣域時頻傳遞網絡 、建立超高精度空間光頻標等基礎研究中。

在量子計算方面，團隊於2022年，成功研發76個光子的量子計算原型機“九章”，處理高斯玻色取樣問題比當時最快的超級計算機“富嶽”快10萬倍，實現國際上首個被嚴格證明的“量子計算優越性”；後續的“九章二號”、“九章三號”性能持續提升，並開始具備部分編程能力；團隊於2021年構建了包含62個比特可編程的超導量子處理器“祖沖之號”，並很快升級到66個量子比特，實現了隨機線路取樣問題的快速求解，比最快的超級計算機快10萬倍，計算複雜度比谷歌“懸鈴木”高6個數量級，目前已實現最大規模的51比特糾纏。我國已成爲目前唯一在兩種物理體系都達到“量子計算優越性”里程碑的國家。

對於未來，潘建偉認爲，正在發展中的量子科學和技術可以有很多可能，他希望中國的年輕科學家們，可以利用量子精密測量，探索宇宙更深處的奧秘，也希望可以利用專用量子模擬機，解決若干超級計算機無法勝任的具有重要實用價值的問題，甚至研發出通用量子計算機，探索對密碼分析、大數據分析等領域的應用。

而對於臺下的中學生們，潘建偉院士說：“每個人喜歡的領域不一樣，最後學習和從事的領域也會不一樣。但是，希望同學們可以多學習一些物理，因爲，物理學與哲學緊密相連，當你以一個物理學家的方法去思考，可能會發現一種更加全面和強大的工具來解決你遇到的問題。”

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