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來源：合肥熱線
2015年年底，世界頂級(jí)物理雜志、英國(guó)物理學(xué)會(huì)下屬的《物理世界》公布了本年度國(guó)際物理學(xué)領(lǐng)域的10項(xiàng)重大突破，位于安徽合肥的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、陸朝陽(yáng)等以“多自由度量子隱形傳態(tài)”的研究成果入選，并榮登榜首。在量子研究領(lǐng)域，這僅僅是該團(tuán)隊(duì)無數(shù)榮譽(yù)中的一項(xiàng)。在2015年度國(guó)家科技獎(jiǎng)評(píng)獎(jiǎng)中，潘建偉、彭承志等為主要完成人的“多光子糾纏及干涉度量”團(tuán)隊(duì)，又摘得了我國(guó)自然科學(xué)領(lǐng)域最高獎(jiǎng)項(xiàng)——自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
實(shí)現(xiàn)對(duì)多粒子糾纏的相干操縱可以確保通信安全、提升計(jì)算速度
量子是微觀世界不可分割的基本個(gè)體。日常生活中的光，就由大量光量子組成。量子有不同于宏觀物理世界的奇妙特性，若能掌握其特征，則有望實(shí)現(xiàn)對(duì)信息處理能力革命性的突破。比如，利用量子的疊加性，制造出100個(gè)粒子相干操縱的量子計(jì)算機(jī)，就可能比目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河二號(hào)”還快百億億倍。
多光子糾纏，簡(jiǎn)要地說就是利用量子的物理特征，進(jìn)行的一種對(duì)信息進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)、傳輸和操作的全新方式，它能對(duì)光子、原子等微觀粒子進(jìn)行精確操縱，從而確保通信安全、提升計(jì)算速度。
上世紀(jì)90年代，物理學(xué)家在理論上證明，對(duì)微觀世界的物體而言，借助神奇的“量子糾纏”，可以將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)，而不用傳送物質(zhì)本身。但如何讓理論設(shè)想在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)，并搭建起量子傳輸?shù)摹巴ǖ馈保苿?dòng)產(chǎn)業(yè)利用，成為國(guó)際物理學(xué)爭(zhēng)相研究的問題。
早在2004年，潘建偉團(tuán)隊(duì)就在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了五光子糾纏和終端開放的量子態(tài)隱形傳輸，在實(shí)驗(yàn)上證明了這種可能性。該成果被《自然》雜志發(fā)表，并入選當(dāng)年英國(guó)物理學(xué)會(huì)和美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選出的年度國(guó)際物理學(xué)重大進(jìn)展。此后，該團(tuán)隊(duì)在2007年制備出六光子糾纏，2012年又制備出八光子糾纏，目前還保持著糾纏光子數(shù)目的世界紀(jì)錄。潘建偉團(tuán)隊(duì)成員之一、中科大教授陸朝陽(yáng)表示，要爭(zhēng)取在未來5年內(nèi)，實(shí)現(xiàn)20至30個(gè)光子的糾纏。
“實(shí)現(xiàn)對(duì)多粒子糾纏的相干操縱是量子信息技術(shù)的關(guān)鍵，也是量子信息處理的核心物理資源。”潘建偉說。物理學(xué)界認(rèn)為，糾纏粒子數(shù)越多，對(duì)量子信息處理就越有用。
在研究基礎(chǔ)上，潘建偉團(tuán)隊(duì)2007年在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了安全通信距離超過100公里的光纖量子密鑰分發(fā)，2008年實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，2012年建成首個(gè)規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。
潘偉健說，要實(shí)現(xiàn)有實(shí)用價(jià)值的量子模擬機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的基本功能，起碼要實(shí)現(xiàn)幾十到上百個(gè)量子比特的糾纏，獲獎(jiǎng)是對(duì)團(tuán)隊(duì)多年在量子領(lǐng)域耕耘的肯定，但還有很多工作要做。
在10年到15年里，每個(gè)人的手機(jī)里都有望植入一個(gè)量子加密芯片
《西游記》中，孫悟空一個(gè)“筋斗云”就能越過十萬八千里，當(dāng)時(shí)人們或許沒料到，數(shù)百年后，科學(xué)家已經(jīng)在微觀粒子的層面上讓“筋斗云”變成現(xiàn)實(shí)——利用量子糾纏發(fā)展出的量子隱形傳態(tài)，可以將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)，像“筋斗云”瞬間傳輸。
“我們帶著一個(gè)保險(xiǎn)箱去北京開會(huì)，而保險(xiǎn)箱的鑰匙落在合肥了，在合肥的同事可以通過量子隱形傳態(tài)將鑰匙的每一個(gè)特征都精確傳送到北京，而在此過程中他并不掌握這把鑰匙的任何信息?！迸私▊フf。
推開量子奇妙世界，潘建偉團(tuán)隊(duì)有明確的科研路線圖：通過量子通信研究，從初步實(shí)現(xiàn)局域量子通信網(wǎng)絡(luò)，到實(shí)現(xiàn)多橫多縱的全球范圍量子通信網(wǎng)絡(luò)，以保證信息傳輸?shù)慕^對(duì)安全；通過量子計(jì)算研究，為大規(guī)模計(jì)算難題提供解決方案，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)時(shí)代信息的有效挖掘；通過量子精密測(cè)量研究，實(shí)現(xiàn)新一代定位導(dǎo)航……
與此同時(shí)，潘建偉和團(tuán)隊(duì)的一系列成果也得到了各方認(rèn)可：該團(tuán)隊(duì)的成果8次入選兩院院士評(píng)選的“年度十大科技進(jìn)展新聞”，1次入選《自然》雜志評(píng)選的“年度十大科技亮點(diǎn)”，3次入選英國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“年度物理學(xué)重大進(jìn)展”，3次入選美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“年度物理學(xué)重大事件”。
2007年，英國(guó)《新科學(xué)家》雜志曾在“中國(guó)崛起”特刊中高度評(píng)價(jià)道，“潘和他的同事使得中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)——因而也是整個(gè)中國(guó)——牢牢地在量子計(jì)算的世界地圖上占據(jù)了一席之地”；2012年，英國(guó)《自然》雜志在報(bào)道該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)量子通信研究成果的新聞特稿“量子太空競(jìng)賽”中不吝贊美之詞：“這標(biāo)志著中國(guó)在量子通信領(lǐng)域的崛起，從10年前不起眼的國(guó)家發(fā)展為現(xiàn)在的世界勁旅，將領(lǐng)先于歐洲和北美……”
有人質(zhì)疑，量子信息基礎(chǔ)研發(fā)成本高昂，目前技術(shù)還不夠成熟，實(shí)用性非常小，值得如此高投入嗎？面對(duì)質(zhì)疑，潘建偉并不否認(rèn)，但他相信這是階段性難題，“隨著技術(shù)進(jìn)步，很多成本都會(huì)降下來。光纖剛問世的時(shí)候只能造幾十厘米，當(dāng)時(shí)沒人能想到，幾十年后我們的地下會(huì)建成這么完備的光纖網(wǎng)絡(luò)?！?/span>
潘建偉說，沒有多少人預(yù)料到互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)后半段的飛速成長(zhǎng)，量子信息技術(shù)同樣也可能給世界帶來驚喜。他相信，由于高安全性的優(yōu)勢(shì)，在未來5年左右的時(shí)間里，量子通信技術(shù)將在金融機(jī)構(gòu)、國(guó)防政務(wù)、大數(shù)據(jù)中心有大用途。在10年到15年時(shí)間里，每個(gè)人的手機(jī)里都有望植入一個(gè)量子加密芯片。
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