量子信息领域研究获得2022年诺贝尔物理学奖。量子纠缠是什么？量子通讯有何特别？来看我国该领域领军人物潘建伟院士的解读。

北京时间10月4日下午，瑞典皇家科学院宣布，法国科学家阿兰·阿斯佩 (Alain Aspect)、美国科学家约翰·克劳泽 (John Clauser) 、奥地利科学家安东·塞林格 (Anton Zeilinger) 分享2022年诺贝尔物理学奖，以表彰他们为纠缠光子实验、证明违反贝尔不等式和开创性的量子信息科学所作出的贡献。

值得注意的是，来自奥地利的这位科学家是中国科学技术大学潘建伟院士的博士研究生导师。潘建伟是我们量子科技领域的领军人物。2016年1月，潘建伟及其团队的“多光子纠缠及干涉度量”研究，获得中国科学技术领域的最高奖项——国家自然科学一等奖。

2016年1月16日，刚刚获得2015年度国家自然科学奖一等奖的潘建伟教授带来了有关量子通讯与信息安全的精彩演讲。在此，让我们一起回顾这场演讲，感受量子科技的魅力。

▲潘建伟在进行《神话、哲学、互联网与未来》的主题演讲。

▶ 以下为潘建伟演讲整理稿：

整理/白竟楠

非常高兴能到这里跟大家分享一下我的思考和理解，我今天报告的题目叫：神话、哲学、互联网与未来，有点像大杂烩。

1.信息交互和隐私促进人类文明

前一阵（2015年12月）我正好在乌镇参加了互联网的大会，会议中我忽然有这么一个理解，我们其实在古时候同时期存在着两种文学，一种叫做硕壮直立人，其实硕壮直立人已经开始使用工具了，而且它的脑容量也挺大。而且还有另外一个同时存在的直立人，相对的来说它没有硕壮直立人那么强壮，但是它有发明的符号与基本的语言，就可以很好的来进行交流。正因为这个原因，它经过慢慢的进化就成为我们现代人的祖先。

▲演讲PPT截图

所以说某种意义上来讲，那个时候就已经有一种信息的交互，如果我们不太较真儿的话，可以把它叫做互联网的雏形。我的理解是，这样的信息交互在直立人在进化的过程中起到了关键的作用。

那么，我觉得互联网始终伴随一个问题，就是所谓的隐私。有隐私的保护之后，我们才能保证我们思想的自由和多样性，才能百家争鸣，所以我觉得在人类文明的进化过程当中，是跟信息交互和隐私两者紧密结合的。

2.通讯手段实现“千里眼、顺风耳”

在西游记中，真正吸引人的是美猴王孙悟空，孙悟空有几个功能，第一功能它就是它毫毛一拔，往到处一扔它就有一种分身术，有好多孙悟空同时可以在北京、上海各个地方开讲，这样的话我们的论坛就更加有效。还有另外一种非常强大的功能，它有一个筋斗云，翻一个筋斗就可以从一个地方消失在非常遥远的地方出现。还有两个很有名的神仙，叫“顺风耳”和“千里眼”，能听到、看到很远的地方。

▲演讲PPT截图

那么，这些东西在我们现实生活当中到底能不能实现？大家都知道，这得益于电动力学。有无线电的通讯之后，其实在1888年的时候赫兹在在德国的一个小镇做了一个实验来验证电磁波是不是存在，线圈在抖动的时候里面加有电流可以传到远方，按道理他计算就会发生电火花，但因为他这两个实验室本来是两个不同的房间，所以他摇完以后赶紧跑到隔壁的房间看，什么也没有看到。我多年前到那个地方看，他后来把那个墙给拆掉了，然后这边一抖那边即时的电火花就发生了，因为无线电波是以光速传递的，太快了，因为他怎么跑还是跑不过无线电。

有这些东西的发明之后，后来有电话，然后有电视机，到现在我们可以用到我们的手机，都可以实现千里眼、顺风耳的功能。

从口口相传到互联网，整个地球变成一个村，信息的交互已经并将一直伴随着我们人类的进化和社会的发展，那这里面有两个永恒的主题：如何来加强信息的交互的效率；如何加强隐私的保护。

3.量子力学让"孙悟空"变成现实

大家经常在问，我们怎样来发展未来的计算机，能够很好的来解决我们人类的计算能力的无限的需求？信息终端、服务器、网络都有可能存在着窃听或被黑客的攻击的问题，那么一种解决方法就可以用来就是超级的计算机来进行加密，但是随着计算能力的增加，原来的路线非常有效的加密算法也都已经被破解了。那么大家希望能够建立下一代的标准密码，但非常不幸的是这些标准密码还没有投入使用又被发现是不安全的，怎么办？量子力学在近百年的发展过程中，已经为解决这些重大问题做好准备了。

▲演讲PPT截图

具体的来说，孙悟空的两个功能的实现，就得益于量子力学的建立。比如说，我要么在上海做报告，要么在北京做报告，我不可能同时在两个地方，这经典世界告诉我们的，我们只能在某一个地方。但是到量子世界去，作为一个微观的客体，它就不仅可以在这里，也可以在那里，它可以同时在好多个地方，这是什么意思呢？

就是说，如果说你没在看这个客体到底处于哪个位置的时候，某些特殊情况时它可以同时处于两个位置。并且量子力学的未知的状态是测不准的，这就是说，量子是不稳定的。

那么，另一个问题，什么是量子纠缠态呢？比如说我到北京来，我送给朋友一个筛子，我已经事先做好了，他的筛子和我的筛子就属于纠缠态，我回到上海后让朋友随机掷筛子，但每次我都能够猜出来他掷出的数字，我们把这称为遥远地点之间的轨迹互动。2015年这种现象在物理的角度基本被确证，只剩下一个很小的漏洞，这个是我们后面要做的事情。

4.让“穿越”变成现实

到现在可以说，一个新的科学诞生了，可以用它来保证理论上无条件的安全通讯，我们的隐私就能保证。

其实还有另外一件有利的事，就是利用量子纠缠。比如说我本来在上海的航班给误了，但要在几分钟之内要到北京，那怎么办呢？我坐飞机肯定不行了，但是如果北京跟上海之间有两条纠缠物质的话，就可以通过无线电台把“我”发射到北京，到了北京之后可以对纠缠物质再做一种正变化，那么我就可以用同样多的物质重构出来，那么这样一种过程我们就可以把它叫做量子世界的筋斗云。

当然，要传输人，传输客体，这种比较复杂的客体还需要很长的时间。如果能在网络里面“走来走去”，这就是多体多终端多自由度的量子隐形传态，它能够构成一种分布式的量子信息处理单元，那么信息在这其中“跑来跑去”，利用这样的过程我们就可以来构建一种量子计算。

比如说要求解一个10的24次方的变量的方程，用目前最快的“天和2号”大概需要100年左右的时间，那么利用万亿次的计算，它尽管计算的频率比天和2号要慢1万次，但它只需要0.01秒就可以把这个方程求解出来了，所以它可以广泛的应用于药物设计，金融分析，气象预报，密码分析等等，用途十分广泛。

那么当然我们也可以直接用于对物理问题的研究，因为物理问题的研究更加直接，它也需要一个非常强大的计算能力。如果有这样一个理论，我们就可以利用量子通讯来构建一个非常好的“天地一体化”的网络，例如城际网，有这样的网络之后就可以比较好的保证我们的这一个网络的安全。

5.量子计算在不久的将来成为现实

目前我们正在做一些事情，我们今年（2016年）在开封、北京到上海之间建设了天虹干线，我们今年（2016年）也会发射一颗量子卫星，量子卫星除了来做量子通讯之外还可以检验一下刚才所讲到的遥远地点之间的轨迹互动，这是我们接下来再量子通讯方面准备做的事情。

▲演讲PPT截图

另外，在量子计算方面还需要向前走，我们已经有一个比较好的目标了，大概会在10年左右的时间实现50个量子比特的这么操纵，有了这样的操纵之后，它的计算能力大概可以达到天和2号的数千倍左右。我觉得，量子计算也会在不久的将来能够成为一个现实。

总体上来讲，希望能够通过对量子通讯的研究和对量子计算的研究，对未来的互联网或者人类的发展提供一种更加有效、更加安全的一种方式，那就是我今天想跟大家分享的一些想法，谢谢大家！

注：整理自2016年1月16日《北京听道讲坛》

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“多光子纠缠及干涉度量学”是啥

来源: 科普中央厨房

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