潘建伟论文发表国外
量子力学的发展确实伴随着大量的矛盾与争议，特别是在量子通信开始发展后，有部分“消息灵通”人士已经洞察了量子通信的“伪科技”本质，并且还再三指责科普量子通信的文章为伪科学站台！这些诘问到底是科学的吗？
量子通信的原理是什么？
量子通信的原理还要问么，不就是量子纠缠么，传说中的量子通信就是将纠缠中的两个量子分开，即使相隔在宇宙的两端，当A粒子的状态发生改变时，B粒子也会随之发生改变，这个通讯速度超越光速，距离再遥远也是即时通信！
听起来完美的量子通信确实应该如此，但事实上我们并不能做到在观察处在量子叠加态的不触发坍缩，所以从理论上来看，这种完美的通信方式是不可能存在的，这是不是人类的技术不够，而是量子世界的客观坍缩理论所决定的！
客观坍缩理论
薛定谔方程的线性性质允许粒子自然地处于几个不同量子态的叠加态，当然它也允许宏观物体处在几个不同量子态的叠加态，但在大自然中从来都没有观察到过这种现象！因为宏观物体永远都会占据一个确定的位置，因此将微观物质的尺寸加大时，它的位置和动量将会被同时确定！
但在微观状态下，这个处于量子叠加的状态是允许存在的，但根据哥本哈根诠释的波函数坍缩假说，在观察动作之后，叠加态会坍缩为可观察量的几个本征态之中的一个本征态，而坍缩至任何一个本征态的概率遵循玻恩定则！
所以很抱歉，根据哥本哈根诠释，这种直接利用纠缠态的量子通信是不存在的。
EPR佯谬
量子通信的最早起源是来自爱因斯坦向波尔反驳量子论不完备的EPR佯谬，爱因斯坦在第六届索尔维会议上的光箱实验被波尔击败，此后他与波多尔斯基和罗森花了数年时间，整出了一个《量子力学对物理实在的描述可能是完备的吗？》的论文，发表在《物理评论》上。
这个思想实验很容易明白：一个不稳定的大粒子衰变为两个小粒子，假设这两种粒子有可能的量子自旋，粒子A为左旋，为了保持守恒，那么另一个小粒子B必定是右旋！然后将两个粒子分开很远，比如几万光年，但我们在观察之前，并不知道哪个是左旋，哪个是右旋！
但当我们观察粒子A时，那么它的波函数瞬间坍缩，随机选择了一种状态，比如说是右旋，那么B粒子必定会变成左旋，那么请问它们是如何保持一致的呢？既然没有超光速通信，因此认为在分开的一瞬间，粒子A和B的左右旋就被确定了！
阿斯派克特实验
但量子论并不是这样解释，而是认为无论相隔多远，在观测之前，它们仍然处在量子叠加态，所以根本不存在什么超光速通讯，叠加态的观测时坍缩，一个随机选择左旋，一个右旋以保持守恒！
这就是后来用他们名字首字母命名的ERP佯谬！
这个EPR佯谬提出后，由于设备局限，所以爱因斯坦尽管处在下风，但他并不认输，真正的试验要到1980年代的法国奥赛理论与应用光学研究所的阿斯派克特试验才被证明是哥本哈根诠释是比较正确的！因为此时爱因斯坦只输了5个标准方差！
后来关于EPR佯谬试验的设备越来越先进，到1998年奥地利因斯布鲁克（Innsbruck）大学的实验时，爱因斯坦输得就有点惨了：30个标准方差！
现在的量子通信到底是什么量子通信？
准确的说，现在的量子通信并不是量子纠缠通信，而是量子加密通信，要了解量子加密通信的话，必须要来了解下BB84协议！
这个协议是查尔斯·贝内特和吉勒·布拉萨在1984年发表的论文中提到的量子密码分发协议，后来以两个人的名字第一个字母+年份，作为了这个经典协议的名字，任意两组共轭状态都可以用此协议，它利用的是光子的偏振态来传输信息，详细描述有些不容易理解，请看下图：
BB84协议
在这个过程中，如果有人窃听，那么窃听者为了光子的偏振态，那么必须做测量，那么会导致秘钥的误码率增加，双方可以约定误码率超过多少时该组秘钥就被废弃！
这种量子通信的方式有一个缺点，必须用一个量子秘钥发送通道和传统数据传输通道，两者必须配合才能正常工作，因此当前研究的也是如何更高效以及更远距离和更少的误码率发送与接收秘钥，但数据仍将通过Internet网来完成！
当然通信除了速率外最终要的指标就是不可破译，传统的秘钥中总是存在各种缺陷，并不能做到100%保密，但量子秘钥不一样，可以发现秘钥被窥视，因此这种秘钥分发的安全性超出想象！
为什么有人再三指责量子通信？
除了网上那些有的没有的指责各种量子通信周边工程配套诈外，其他主要集中在如何制造出取得单光子的光源，2016年1月14日潘建伟、陆朝阳在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表了题为《On-Demand Single Photons with High Extraction Efficiency and Near-Unity Indistinguishability from a Resonantly Driven Quantum Dot in a Micropillar》的论文，物理评论快报上的截图如下：
当然种花家也看不懂这种论文，不过随后美国物理学会的《物理》(Physics）网站以“全能的单光子源”为题刊发了介绍文章，《自然》（Nature）期刊也以“可实用化的单光子源”在其研究亮点栏目作了深入报道，英国物理学会的《物理世界》（Physics World）和美国光学学会的《光学与光子学新闻》（Optics & Photonics News）也做了长篇报道。
潘建伟（右）、陆朝阳
有一点是我们是可以了解的，到今年为止已经接近5年，这种突破性的进展同行评议时效性很强，很快就会有各大科学团体跟进，当然《物理评论快报》的审核也不是吃素的，这种经过将近5年时间考验的论文，也不是一个推销交通方面作品的老兄可以随便推翻的。
其实还有很多站不住脚的观点，但人家很有耐心，堆砌各种文字，看上去很有说服力，不过种花家实在不想一一辩驳，最后送句古诗词给这位老兄“两岸猿声啼不住、轻舟已过万重山”，当大家在这里呱噪时，人家早已发表多篇SCI论文了，假如真有料，不妨也发表几篇？
在200秒时间内，76个光子穿过中国科学技术大学潘建伟团队精心构筑的光学网络，完成了5000万个样本的高斯玻色采样。而同样一道数学题交给世界上最顶尖的超级计算机，需要6亿年。
这个于12月4日揭开面纱的光量子计算模型机名为“九章”，是世界上第二次达到加州理工学院教授普雷斯基尔提出的“量子霸权”（Quantum supremacy）标准的量子计算实验。“量子霸权”亦称为“量子优越性”（Quamtum advantage），即量子计算机在特定问题上超越世界上性能最好的经典计算机。
事实上，中科院院士潘建伟早在9月份的西湖大学公开课演讲上就曾“剧透”过这一成果。他当时表示：“近期已经完成50个光子的高斯玻色采样，按照现在的初步估计和数据分析，应该能够比谷歌的量子优越性大概快100万倍。”
世界上首个宣布实现量子优越性的是美国谷歌公司。2019年，谷歌使用了53个超导量子比特制作了一台名为Sycamore的处理器，运行随机量子线路进行采样，耗时约200秒可进行100万次采样。而最强超算、 美国橡树岭国家实验室Summit计算机得到同样结果需要花上一年，差距约十亿（10的9次方）倍。
而这次，潘建伟团队构筑的“九章”与顶级超算的差距超过了百万亿（10的14次方）倍。
当然，潘建伟团队的光量子计算机和谷歌的超导量子计算机路径不同，任务也各有所长。玻色采样和随机路线采样分别是两者最擅长的问题，而且目前还不具备实际应用意义。
可以说，量子优越性是以量子计算机之长，比超算之短的“表演赛”，并不意味着经典计算机就要被淘汰了。不过，量子优越性确实是关键的里程碑，为未来量子计算机走向实用性问题奠定基础。
实现量子优越性也需许多理论与工程难题，相关知识技术更是具备丰富的潜在价值。那么，玻色采样究竟是一个怎样的问题？潘建伟团队如何取得了此次突破？
相关论文题为《基于光子的量子计算优越性》（Quantum computational advantage using photons）、于北京时间12月4日03：00发表在世界顶级学术期刊《科学》（Science）上。
论文摘要显示，研究团队将50全同单模压缩态输入100模式超低损耗干涉线路，利用100个高效单光子探测器进行高斯玻色采样，输出态空间维度达到了10的30次方，采样速率比最先进的超级计算机要快上10的14次方倍。
什么是玻色采样？
我们知道，在设计建筑、飞机的时候，工程师们需要用计算机来进行各种计算和模拟。而如果我们要研究的是微观世界的“量子建筑”呢？
其中微观粒子复杂的变化和相互作用，远远超过了经典计算机的能力范围。最好，是用量子的方式来模拟量子问题。
这就是著名物理学家理查德·费曼在1980年代提出的量子计算机构想：“自然不是经典的，如果你想对自然进行模拟，那么你最好把计算机给量子化。”
大家普遍认为，玻色采样就是这样一个适于量子计算机发挥的任务。它是将非经典光输入线性光学网络后，用单光子探测器来探测输出光子的数量、路径和纠缠态，其结果是高度随机的。
我们可以借助研究随机分布的“高尔顿钉板”实验来理解玻色采样。
一颗直径略小于两颗钉子间距的小圆球在钉板上向下滚落，碰到钉子后皆以1/2的概率向左或向右滚下，接着又碰到下一层钉子。如此继续下去，直到从底板的一个出口滚出为止。把许多同样的小球不断从入口处放下，只要球的数目相当大，它们在底板将堆成近似于正态的密度函数图形，即中间高，两头低，呈左右对称的古钟型。
而在玻色采样问题上，全同光子就是小球，分束器就是钉子，线性光学网络就是钉板。当一束光通过分束器时会被分成两束强度较低的光，一束透射，另一束反射。计算在n个全同玻色子经过网络后，特定一种输出结果的概率（例如输入3个光子后，分别在1号、3号、4号“出口”输出），就是玻色采样问题。
科学家们计算后认为，该问题的经典最优解法随着光子数的增加求解步数呈指数上涨。光量子计算机在中小规模下就可以打败超级计算机。
那么，谷歌超导量子计算所进行的随机线路采样也是一个能充分展现量子优越性的问题，光子玻色采样相较之下有何特别？
潘建伟团队论文引述了一种观点，即改进经典算法后，超算只需要数天就能像Sycamore一样进行100万次随机线路采样。这样的话，如果样本数量足够大，比如到了10的10次方的话，入股有足够的存储空间，量子优势将被逆转。
而光量子计算机在玻色采样上就不存在这种依赖于样本大小的漏洞，因为经典算法针对玻色采样存在一个固定的限制。除此之外，光子进行玻色采样可以在室温下工作，不容易受到干扰。
攻克的关卡
根据实际需要，玻色取样逐渐衍生出了各种变体。潘建伟团队此次采用了一种高斯玻色采样变体，它在一些图形问题和量子化学领域有着潜在的应用。高斯玻色采样使用所有处于压缩态的光子，且允许使用更高的抽运功率，使得其同样在事件发生率上具有指数优势。
尽管这是一个为光量子计算机量身定制的挑战，如何将玻色采样的规模放大到一个计算上有意义的区间仍有许多挑战。
论文提到了研究团队需要攻克的五大“关卡”：
首先，它需要单模压缩态同时具备足够高的压缩参数、光子全同性和采集效率；
其次，它需要大型干涉仪同时具备完全连通性、矩阵随机性、近似完美波包重叠和相位稳定，以及近统一传输速率；
第三，它需要对单模压缩态中的所有光子数状态实现相位控制；
第四，它需要高效探测器采集输出分布；
最后，从巨大的输出态空间获得的稀少样本需要被验证，并且表现要与超级计算机形成比较。
为此，潘建伟光量子计算团队已经进行了多年的“打怪升级”。2013年，他们在国际上首创量子点脉冲共振激发，解决了单光子源的确定性和高品质这两个基本问题；2016年， 产生了国际最高效率的全同单光子源，并于2017年初步应用于构建超越早期经典计算能力的针对波色取样问题的光量子计算原型机，其取样速率比国际上当时的实验提高24000多倍。
2019年，中国科大研究组在实验上同时解决了单光子源所存在的混合偏振和激光背景散射这两个最后的难题：成功研制出了确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率的单光子源。在此基础上，他们在国际上首次实现了20光子输入60 60模式干涉线路的玻色取样量子计算，输出态空间维数比国际同行之前的光量子计算实验高百亿倍，逼近量子优越性，完成了临门一脚的预演。
校对：张亮亮
他的比谷歌悬铃木快一百亿倍？怎么计算的？他的计算有一个案例吗？仅仅又是理论猜测？正如网友认为：一会儿量子卫星、一会儿一眨眼又量子计算机、一会儿量子之父！谁不知美国谷歌，⋯这些人利用了某些人喜爱高大上的厉害了的面子工程，形象工程，己经玩我高层于股掌之间，并已经达到极至。科学本身就是在质疑、在不断否定之中成长。忽悠们为什么怕别人质凝？还动不动什么敌对势力？说你是伟大，就是朋友，质疑你就是敌？什么混帐逻辑？我们等待他们的产品岀来吧，如果没有，就是一个大忽悠，如果有，也是谷歌在先。不要有一点试验，就又什么世界霸主了！超越美国了！一看就知道太不成熟了，狂热充满头脑。什么潘是量子之父呀！一派胡言，1900年普朗克发现量子，你怎么敢妄称“量子之父”？还有潘的信口开河，令人喷饭：什么所有日用量子产品都是子！屁臭不臭？谁说量子科学，不用能用到民用？日用？无知！脚踏实地搞好自己的技术吧！本份一点，不要凭着弯道超车，搞了一点小动作，就狂妄无知，猖狂得比天高。一切让时间检验，是真是假拿出实证应用来说话，不要把理论猜测拿来忽悠高层与主媒，总有一天是要水落石出的，一句话，出来混总是要还的。
出品：科普中国
制作：中国科普博览
监制：中国科学院计算机网络信息中心
潘建伟获得“2016年感动中国的十大年度人物”（图片来源于视频截图）
2月8日晚，《感动中国2016年度人物》颁奖典礼在中央电视台综合频道播出，中国科大常务副校长、中科院院士潘建伟作为“量子通讯的领跑者”成为“2016年感动中国的十大年度人物”之一。
2016年8月16日凌晨，中国量子卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射，它是世界首颗量子科学实验卫星，标志着目前中国在量子通信领域已经领跑世界。这个项目的首席科学家正是潘建伟。
（图片来源于视频截图）
“感动中国”给潘建伟院士的颁奖辞是：嗅每一片落叶的味道，对世界保持着孩童般的好奇。只是和科学纠缠，保持与名利的距离。站在世界的最前排，和宇宙对话，以先贤的名义，做前无古人的事业。
潘建伟获得“2016年感动中国的十大年度人物”（图片来源于视频截图）
看潘建伟院士领奖画面，作为致力于科普事业的小编，不时心潮澎湃，好激动呀~不过，这是带着儿子闺女领的奖吗？！小编顿时又生出这样的疑问：很好奇，这样的大科学家平时怎么带孩子的？
在普通人眼中，潘建伟就是“神”一样的存在，但是“潘神”在扮演著名科学家这一角色的同时，也是一名老师、一个父亲。作为“严师”的潘建伟如何培养学生？作为“慈父”的他究竟是怎样教育孩子的？在潘建伟看来，科研人应当具备有怎样的素质在能够在科学的道路上披荆斩棘？
（图片来源于视频截图）
中国科学院院士、中国科技大学常务副校长——潘建伟
“潘神”的学生培养之道
潘建伟在接受采访时谈到，作为一名导师，他对于学生的要求是十分严格的，甚至可以说是苛刻的。潘建伟在培养学生的过程中，非常注重细节的把握，比如在实验室中，他就要求学生们一定要把实验仪器摆放整齐，实验环境应当是规整有序的。潘建伟介绍说，这样严格的要求其实是受他本人在奥地利留学经历的影响，所以在他的团队中，“整齐”是必不可少的关键词。此外，在撰写科研论文的过程中，潘建伟的“苛刻”更是展露无遗。他会逐字逐句的审阅学生的论文，不仅在科学逻辑上把关，语句的通顺程度和表达内涵他也要仔细斟酌。虽然潘建伟的工作异常繁忙，但还是会花费大量的精力为学生修改论文。
（图片来源于视频截图）
不同于一般的导师，潘建伟培养学生的过程中，鼓励学生出国深造，有的长达五年甚至更久。潘建伟解释说，如果好的苗子仅仅只在我们团队这片泥土里生长，那么它只能汲取某一种营养，只有在不同的环境中学习到不同的知识，才能够实现整个团队的进步。这种发展式的培养之道让潘建伟的团队始终充满活力，并且各种专业背景的团队成员让潘建伟的团队拥有着独特的优势，可以完成世界上其他单独小组无法完成的任务。
科学家不为人知的温柔
对待科研一丝不苟，但是在教育孩子方面，潘建伟就显露出作为一个慈爱父亲的柔软。作为世界知名科学家，潘建伟在孩子面前却是一个爱编故事的和蔼父亲。
潘建伟在谈到教育孩子的问题时提到，自己平时工作繁忙与孩子交流的时间比较少，为此感到惭愧，但是只要有时间他就会讲床头故事给孩子们听。虽然是物理学家，但是潘建伟给孩子们讲的故事却是武侠小说的“改版”。他会把不同的武侠小说中的情节揉到一起，甚至把孩子也作为一个角色融入到故事当中，有时还会把科幻小说的内容加进去，有的故事一讲就是一年两年，精彩程度堪比网络上连载的小说。潘建伟说，他最欣慰的事情就是孩子们喜欢读书，在他的教育理念中，阅读占据了很重要的位置，而且给孩子们“瞎掰”故事其实是为了培养孩子们的想象力，希望他们能够在未来的工作中做出有创造性的贡献。
科学发展“有章可循”
作为一个科研工作者，潘建伟对于科学的发展规律也有着自己独到的见解。潘建伟认为，在科学发展的过程中，人们总是在实践中遇到难以解释的问题，于是科学家们就通过研究提出一些理论来解释这些问题，再通过实验来验证这些理论；发展了完善的理论之后，人们再利用这些理论来解释其他的现象。潘建伟举了这样一个例子，热力学的理论其实是在瓦特发明了蒸汽机以后发展起来的，由于人们在实践中难以解释热转换等问题的机理，于是科学家们致力于这方面的研究并建立了比较完善的热力学理论，拥有了完善的理论以后，人们再用来解释相变（比如水为什么会变成冰等）的原理。同样的，在量子力学的发展过程中，也是经历了这样的一个过程。人们首先时发现某些个别的现象无法用原有的理论来解释，于是就有科学家提出并建立了量子理论，然后就是通过不断地实验来验证理论的正确性，并在这个过程中探索研发出新的技术，不断支持新的研究领域。所以，在潘建伟看来，科学的发展其实是有章可循的，探索的过程也是充满乐趣的。
迄今，潘建伟已在包括Nature(11篇)、Nature Physics(8篇)、Nature Photonics(9篇)、Nature Nanotechnology (2篇)、PNAS(3篇)、Physical Review Letters(69篇)在内的国际重要学术刊物上发表论文近200篇，被SCI引用13000余次。其2015年的科研成果“多自由度量子隐形传态”入选英国物理学会新闻网站《物理世界》评选的“2015年度国际物理学领域的十项重大突破”并名列榜首，这是中国的研究成果首次获此荣誉。然而正如潘院士所说的，我们虽然在量子通信领域取得了一些很好的成果，但也仅仅是某些方向上的成就，对于整个领域来说我们要走的路还很长。量子通信所引领的“绝对安全”的信息时代已经向人类敞开了大门，这只是一个开始，对于未来，我们充满期待。
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潘建伟国外论文发表
作者 | 陈欢欢
近日，光量子计算和大尺度光量子信息处理两项成果双双入选中国科学院“率先行动”计划第一阶段59项重大 科技 成果及标志性进展。
8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”迎来4岁生日。在距离地球500公里的轨道上，这颗超期服役2年的“老”卫星仍然捷报频传。
6月15日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟领衔的合作团队在《自然》发表论文，在国际上首次实现了基于纠缠的无中继千公里级量子保密通信。这也是“墨子号”4年间产生的第5篇《自然》《科学》论文。
随着一项项科学实验的成功，卫星量子通信的应用前景日益清晰。
战略布局占先机
7月23日，美国能源部公布报告，规划了美国“量子互联网”战略蓝图。欧盟早在2016年也提出过“欧洲量子技术旗舰计划”，打算用10年建成量子互联网。
可喜的是，我国在这一领域，相关基础研究和工程技术水平都处于国际引领地位。
今年3月，我国科学家刚刚创造了光纤量子通信509公里的新纪录。同时，“墨子号”保持着星地之间1200公里量子通信的世界纪录。“墨子号”和“京沪干线”的成功实施，构建了国际首个天地一体的广域量子通信网络雏形。
之所以能“起个大早、赶个早集”，得益于潘建伟的战略眼光与布局。
量子 科技 研究主要集中在量子通信、量子计算和量子精密测量等领域，有多光子纠缠、光量子计算、超冷原子量子模拟、光晶格量子模拟、量子中继器等诸多方向。
这么多学科方向，一个人不可能包打天下。从单枪匹马到带领一支近百人的团队，潘建伟用了10多年时间。
本世纪初，量子 科技 在中国还颇为冷门。潘建伟也面临着学科方向不被理解、申请经费四处碰壁的困境。
在人手紧缺的情况下，他却果断地把优秀学生纷纷送走。德国海德堡大学、奥地利因斯布鲁克大学、美国斯坦福大学、英国剑桥大学、瑞士日内瓦大学……这些量子科学和技术顶尖团队所在地，都留下了潘建伟弟子学习的身影。
如今，各研究室独当一面的负责人正是当年那些漂流四海的年轻人。
“墨子号”量子纠缠源分系统主任设计师印娟的成长路线却略有不同。
2002年，大二结束的暑假，印娟来到潘建伟实验室，成为实验室第一位女生，从此再没有离开。
2017年，“墨子号”千公里级星地双向量子纠缠分发实验成功，以封面论文的形式发表在《科学》，印娟成为团队里第一个同时拥有《自然》和《科学》第一作者身份的科学家。
善于布局，也安心等待。这样的一支团队，一出手就是“大”成果不足为奇。
敢想敢干出奇迹
“墨子号”科学应用系统主任设计师任继刚，至今仍清楚地记得读博时第一次听潘建伟作报告的情景。“太神奇了，就像听一个科幻故事。”他回忆说。
在场的很多人可能也跟任继刚一样，把量子 科技 当成科幻故事。而作报告的那个人却是认真的。
2003年，潘建伟陷入量子通信研究瓶颈。由于光子在光纤传输时损耗太大，传输100公里只剩下1%的信号到达接收端。而外太空因为几乎真空，光信号损耗非常小，潘建伟破天荒地提出了“上天”这个“大胆且疯狂”的方案。
当时，他向博士生彭承志科普量子通信的发展前景，当说到需要通过太空实现长距离传输时，彭承志认为“这是一个遥不可及的梦想”。他问潘建伟：“这个事，是不是挺牛的？”潘建伟想了想，很肯定地回答：“肯定牛，是世界上最牛的，至少是之一。”
带着这样的信念，他们在合肥大蜀山山顶开始了第一个实验，于2005年实现了13公里的量子纠缠分发。这个传输距离超过了大气层的等效厚度，从而证实了远距离自由空间量子通信的可行性。
2009年，团队在青海湖开展百公里量子纠缠分发实验。当时，团队里的3位主力——2007年博士毕业的任继刚、2009年博士毕业的印娟、2010年将要博士毕业的廖胜凯，后来分别成为“墨子号”3个分系统主任设计师。
岛上通信信号极差，几位年轻人没什么消遣，晚上做实验，白天借着搭建的无线网桥开例会。2012年，团队在国际上首次实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。
2017年，利用“墨子号”，他们将量子纠缠分发的距离再提高一个量级，达到1200公里。
从大蜀山的13公里到天地间的上千公里，潘建伟团队一步一个脚印，从无到有地验证了量子通信的可行性。
“率先行动”很给力
中国科学院院士、 科技 部原部长徐冠华曾公开指出，我国对自身科学研究能力不自信，“在 科技 项目的确定过程中，习惯于拒绝支持有争议的项目，排斥没有国外先例的研究”。
当年的潘建伟，面对的就是这样的窘境。
2003年，潘建伟首次提出利用卫星实现自由空间量子通信的构想。这个“前无古人、闻所未闻”的想法立即遭到多方质疑：量子信息科学，欧洲美国都刚刚起步，我们为什么现在要做？
这个“不靠谱”的计划却获得了中国科学院的支持。2011年底，中国科学院空间科学先导专项正式立项“量子科学实验卫星”，自此打开了量子世界的大门。
2014年，中国科学院启动实施“率先行动”计划，给“墨子号”研制团队带来了“集团军”的支持。
当年10月，中国科学院量子信息与量子 科技 前沿卓越创新中心率先成立，2017年5月更名为量子信息与量子 科技 创新研究院。
这使得中国科学技术大学同中国科学院上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所等都有了更加紧密的合作关系。
中国科学院上海技术物理研究所研究员、量子科学实验卫星工程常务副总师王建宇曾比喻称：星地间量子纠缠分发的难度，就像在太空中往地面的一个存钱罐里扔硬币，而且天空中的“投掷者”相对地面上的“存钱罐”还在高速运动。
在“率先行动”计划的支持下，这样一项看似“不可能的任务”最终顺利完成。“我们的合作体现出了创新研究院的价值，那就是集中力量干大事。”潘建伟说。
中国科学院院长、党组书记白春礼评价称，“墨子号”为中国在国际上抢占了量子 科技 创新制高点，成为了国际同行的标杆，实现了“领跑者”的转变。
天时、地利、人和，量子团队的下一个“惊喜”也许很快就会到来。
《中国科学报》 （2020-09-10 第1版 要闻）
潘建伟及其团队研发了量子计算机技术。
1、科研综述
2022年8月，中国科学技术大学潘建伟及其同事包小辉、张强等，将长寿命冷原子量子存储技术与量子频率转换技术相结合，采用现场光纤在相距直线距离12.5公里的独立量子存储节点间建立纠缠。
2022年，中国科学技术大学潘建伟团队与上海技物所、新疆天文台等单位合作，在国际上首次实现了百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验时间传递稳定度达到飞秒（千万亿分之一秒）量级，可满足目前最高精度光钟的时间传递要求。
2、学术论著
根据2022年7月中国科学技术大学官网显示，潘建伟在《Nature》《Science》《PNAS》和《Physical Review Letters》等重要国际学术期刊上发表论文180余篇，并受国际权威综述期刊《Reviews of Modern Physics》邀请先后撰写关于多光子纠缠实验和现实条件下量子通信安全性的综述论文。
3、成果奖励
根据2022年7月中国科学技术大学官网显示，潘建伟曾获国家自然科学一等奖等奖项。
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2021年已经步入尾声，过去的一年是 科技 界屡创新高、收获满仓的一年。这一年，恰逢中国共产党百年华诞，我国 科技 界更是取得多项重要突破。量子计算获得重大进展，使我国成为唯一在两个物理体系中实现量子计算优越性的国家；“中国天眼”正式向全世界开放，尽显大国风度；成功实现二氧化碳人工合成淀粉，为人类未来提供了全新的可能……
这一年，是 科技 工作者们步履不停的一年，他们在追寻科学真理的道路上百折不挠，不断刷新着人类所能达到的新高度。 科技 界必将乘着时代的东风再启航，向着更加多姿多彩的未来昂首前进。
找回水稻“祖先”基因
有助培育更优秀的水稻品种
快速从头驯化异源四倍体野生稻，发挥多倍体优势，找回当下栽培稻已经丢失的部分优秀基因，培育出产量更高、环境适应能力更强的新型水稻作物——中国科学院种子创新研究院、遗传与发育生物学研究所李家洋团队与合作者的这项突破性进展，2月4日在国际知名学术期刊《细胞》发表。
多倍化是植物进化的重要机制。今天我们所种植的栽培稻经过了数千年的人工驯化，其农艺性状不断改良，但同时也损失了大量的遗传多样性，造成优势基因资源缺失。而异源四倍体相比二倍体多2个染色体组，异源四倍体野生稻具有生物量大、自带杂种、环境适应能力强等优势。但其具有的非驯化特征，也让它无法直接应用于农业生产。
李家洋团队从综合表现更好的四倍体野生稻出发，利用现代基因组编辑技术，将几千至上万年的水稻驯化史在短时间内“重演”，并且避免了部分基因丢失，首次设计并完成了异源四倍体野生稻快速从头驯化的框架图，有望培育出产量高、环境适应能力强的新型水稻作物。研究团队突破了基因组解析、高效遗传转化、高效基因组编辑等技术瓶颈，在异源四倍体高秆野生稻基因组中注释了系列驯化基因和重要农艺性状基因，成功创制了落粒性降低、芒长变短、株高降低、粒长变长、茎秆变粗、抽穗时间不同程度缩短的多种基因组编辑异源四倍体野生稻材料。
“九章”“祖冲之”上新
在两个物理体系实现量子优越性
研发具有实用价值的量子计算机，一直是量子计算领域最重要的发展目标之一，也是当下各国竞相角逐的焦点。过去一年，我国在量子计算机研发领域取得了多项重大进展。
2月27日，国际权威期刊《科学进展》发表成果，由国防 科技 大学、军事科学院、中山大学等机构研究人员研发出的一款新型可编程硅基光量子计算芯片，实现了多种图论问题的量子算法求解，有望未来在大数据处理等领域获得应用。
5月7日，《科学》杂志发表中国科学技术大学潘建伟团队研究成果，其成功研制出了量子计算原型机“祖冲之号”，操纵的超导量子比特达到62个，并在此基础上实现了可编程的二维量子行走。该成果为在超导量子系统上实现量子优越性，以及后续研究具有重大实用价值的量子计算奠定了技术基础。
10月底，潘建伟团队进一步研制出了66比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲之2.0”，在随机线路采样任务上实现了量子计算优越性，所完成任务的难度较2019年谷歌“悬铃木”高出2—3个数量级。
与此同时，潘建伟团队升级版的“九章2.0”也极大提高了其量子优势，对于高斯玻色采样问题，1年前的“九章”一分钟可以完成的任务，世界上最强大的超级计算机需要花费亿年时间；而“九章2.0”一分钟完成的任务，超级计算机花费的时间要再增加百亿倍。并且“九章2.0”还具有了部分可编程的能力。
“九章2.0”和“祖冲之2.0”的出现，使我国成为唯一在两个物理体系中实现量子计算优越性的国家。
“中国天眼”迎全球科学家
3月底开始征集观测申请
本着开放天空的原则，被誉为“中国天眼”的国家重大 科技 基础设施500米口径球面射电望远镜(FAST)于北京时间2021年3月31日0时起向全世界天文学家发出邀约，征集观测申请，所有国外申请项目统一参加评审。观测时间从今年8月开始。
中国天眼坐落于贵州省黔南州平塘县的大窝凼，于2016年落成，是具有自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。射电望远镜与光学望远镜一样，口径越大接收到的电磁波越多，其灵敏度就越高，探测能力就越强。借此，中国天眼能够监听到宇宙中微弱的射电信号。
通过国家验收启动运行以来，中国天眼设施运行稳定可靠，发现的脉冲星数量已达到500余颗，并在快速射电暴等研究领域取得重大突破。中国天眼的研制和建设，不仅体现了我国的自主创新能力，还推动了我国天线制造技术、微波电子技术、并联机器人、大尺度结构工程、公里范围高精度动态测量等众多高 科技 领域的发展。
中国科学院院士、FAST科学委员会主任武向平表示，FAST面向全球开放使用，彰显了充分合作的理念，以及对人类命运共同体理念的实践。
用液氦造出-271 世界
大型低温制冷装备“中国造”
4月15日，中国科学院理化技术研究所(以下简称中科院理化所)承担的国家重大科研装备研制项目“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制”通过验收及成果鉴定，项目成果鉴定专家组认为，该项目整体技术达到国际先进水平。这标志着我国具备了研制液氦温度(-269 )千瓦级和超流氦温度(-271 )百瓦级大型低温制冷装备的能力。
液氦是制造超低温的“神器”。随着 社会 经济的高速发展，我国已成为大型低温制冷设备的使用大国。但由于缺乏大型低温制冷系统、关键子设备及集成技术，我国大型低温制冷装备长期被国外垄断，进口依赖度高。
2015年12月，中科院理化所开始启动液氦到超流氦温区大型低温制冷设备的研制工作。在几十年低温技术积累的基础上，经过5年艰苦攻关，坚持走自主创新道路，最终成功研制出技术指标先进的大型氦制冷机。
光存储时间达1小时
向量子U盘迈出重要一步
4月，中国科学技术大学郭光灿团队李传锋、周宗权研究组将光存储时间提升至1小时，大幅刷新2013年德国团队所创造的光存储1分钟的世界纪录，向实现量子U盘迈出重要一步。该成果于4月下旬发表于权威学术期刊《自然·通讯》。
光已成为现代信息传输的基本载体。光速高达每秒30万公里，“降低”光速乃至让光“停留”下来，是国际学术界一直不懈奋斗的目标。光的存储在量子通信领域尤其重要，通过将光子储存在超长寿命的量子存储器即量子U盘中，实现通过直接运输量子U盘的方式来传输量子信息。而考虑到飞机和高铁等交通工具的速度，量子U盘的光存储时间至少需达到小时量级。
李传锋、周宗权研究组2015年便自制光学拉曼外差探测核磁共振谱仪，依托该仪器，其精确刻画了掺铕硅酸钇晶体光学跃迁的完整哈密顿量，并在理论上预测了一阶塞曼效应为零(ZEFOZ)磁场下的能级结构。
未来，依靠更加成熟的量子U盘，人类有望实现基于经典交通运输工具的量子信息传输，从而建立起一种全新的量子信道。
“人造太阳”刷新世界纪录
实现可重复1.2亿 燃烧101秒
5月28日，中国科学院合肥物质科学研究院传来喜讯，有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)取得新突破，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。
地球万物生长所依赖的光和热，都源于太阳核聚变反应后释放的能量。而支撑这种聚变反应的燃料氘，在地球上的储量极其丰富，足够人类利用上百亿年。如果能够利用氘制造一个“人造太阳”来发电，人类则有望彻底实现能源自由。
但制造“人造太阳”面临一个突出的现实问题：用什么容器来承载核聚变？人工控制条件下等离子体的离子温度需达到1亿 以上。而目前地球上最耐高温的金属材料钨的熔化温度是3000多 。这意味着，需要造出一个同时承载大电流、强磁场、超高温、超低温、高真空、高绝缘等复杂环境的装置，这对工艺设计和材料提出了极高的要求。
为了达到聚变实验装置所要求的条件，EAST团队的科学工作者自主创新，自主设计、研发了大部分具有自主知识产权的关键技术，创造性地完成了EAST装置主机的总体工程设计。世界上新一代全超导托卡马克核聚变实验装置在中国率先建成并正式投入运行，为未来清洁能源的利用和发展提供实验研究平台。
地球模拟装置启用
看清地球的过去、现在、未来
6月23日，国家重大 科技 基础设施“地球系统数值模拟装置”在北京怀柔科学城落成启用。这是我国研制成功的首个具有自主知识产权的地球系统模拟大科学装置。
地球系统模拟装置，又称地球模拟实验室，是对地球系统进行数值模拟，即以地球系统观测数据为基础，利用描述地球系统的物理、化学和生命过程及其演化的规律在超级计算机上进行大规模科学计算。科学家们由此得以重现地球的过去、模拟地球的现在、预测地球的未来。
“冰光纤”问世
既可灵活弯曲又能高效导光
7月9日，权威学术期刊《科学》杂志发表的成果显示，浙江大学光电科学与工程学院童利民教授团队联合浙江大学交叉力学中心和美国加州大学伯克利分校的科研人员，在-50 环境中，制备出了高质量冰单晶微纳光纤。其既能够灵活弯曲，又可以低损耗传输光，在性能上与玻璃光纤相似。
光纤作为一种将光约束和自由传输的功能结构，是目前光场操控最有效的工具之一。常规玻璃光纤的主要成分氧化硅(石英砂)，是地壳中含量最丰富的物质之一。但实际上，在地球及诸多地外星体中，比石英砂更普遍的物质是冰或液态水。因此用冰制备光纤，具有广泛的应用前景。
本次研究中，童利民团队自行搭建了生长装置，在大量实验基础上，改进了已有的电场诱导冰晶制备方法，在低温高压电场中，辅之以一定的湿度条件，通过静电促使水分子朝电场方向运动，改变其无序的运动状态，从而诱发单晶生长。最终在-50 的环境中，成功制备出直径在800纳米到10微米的冰单晶微纳光纤。并且，该团队还利用新发明的低温微纳操控和转移技术，在-150 的环境中，使冰微纳光纤获得了10.9%的弹性应变，接近冰的理论弹性极限。
童利民认为，该项研究结果将拓展人们对冰的认知边界，激发人们开展冰基光纤在光传输、光传感、冰物理学等方面的研究，以及发展适用于特殊环境的微纳尺度冰基技术。
“甩开”光合作用合成淀粉
节约资源同时提升生产效率
9月23日，中国科学院宣布重磅成果。该院天津工业生物技术研究所研究人员提出了一种颠覆性的淀粉制备方法，不依赖植物光合作用，以二氧化碳、电解产生的氢气为原料，成功生产出淀粉，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能。相关研究成果9月24日在线发表于《科学》杂志。
淀粉主要由绿色植物通过光合作用固定二氧化碳进行合成。在玉米等农作物中，将二氧化碳转变为淀粉涉及60余步的代谢反应和复杂的生理调控，太阳能的理论利用效率不超过2%。而农作物的种植更是需要数月的周期，使用大量的土地、淡水、肥料等资源。
为提高生产效率，中国科学院天津工业生物所研究人员从头设计了11步主反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径，在实验室中首次实现了从二氧化碳到淀粉分子的全合成。这一人工途径的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。并且在充足能量供给的条件下，按照目前的技术参数推算，理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩土地玉米种植的平均年产量。
证明凯勒几何核心猜想
解开数学界60多年“悬案”
11月初，中国科学技术大学几何物理中心创始主任陈秀雄教授与合作者程经睿在偏微分方程和复几何领域取得里程碑式结果，其解出了一个四阶完全非线性椭圆方程，成功证明强制性猜想和测地稳定性猜想这两个国际数学界60多年悬而未决的核心猜想，解决了若干有关凯勒流形上常标量曲率度量和卡拉比极值度量的著名问题。两篇论文发表于国际著名刊物《美国数学会杂志》。
凯勒流形上常标量曲率度量的存在性，是过去60多年来几何中的核心问题之一。关于其存在性，有三个著名猜想——稳定性猜想、强制性猜想和测地稳定性猜想。经过近20年来众多著名数学家的工作，强制性猜想和测地稳定性猜想中的必要性已变得完全清晰，但其充分性的证明在此之前被认为遥不可及。
求出一类四阶完全非线性椭圆方程的解，就能证明常标量曲率度量的存在性。陈秀雄、程经睿的工作恰恰就是在K-能量强制性或测地稳定性的假设下，证明了这类方程解的存在。他们不仅求出了方程的解，而且建立了一套系统研究此类方程的方法，为 探索 未知的数学世界提供了一种新工具。此外，他们还给出了环对称凯勒流形上稳定性猜想的证明，将唐纳森在环对称凯勒曲面上的经典定理推广到了高维，并对一般稳定性猜想的证明提出可能的解决方案，让一般稳定性猜想的完全解决成为可能。
今年6月15日，中国科学家潘建伟团队在量子通讯技术研究上，再次获得世界级突破，相关研究结果也登上了最新一期的《Nature》，取得了举世瞩目的骄人成就。不过在国内，似乎关注的人并不太多，反而西方国家对这一突破 表现出了相当高的关注度。
在这次实验中，潘建伟团队从位于地面以上500公里、人类首颗量子通讯卫星“墨子号”，向位于新疆的两个地面站发射光子，全球首次实现千公里级基于纠缠的无中继量子密钥分发。这次试验的距离是此前类似试验距离的10倍，达到1120公里。外媒评论称，这次试验的成功，意味着中国在人类量子科技发展上取得里程碑式的突破。
量子通讯应用研究为何在近年来受到世界各国的高度重视？这源于一种有趣的物理现象。两个粒子不管相距多远，只要他们建立了相互纠缠的状态，这种状态就会始终保持下去。当对其中一个粒子进行测量造成扰动，另一个粒子的状态也会同步发生改变，这就使得远距离安全通讯成为可能。
当通讯的信息以量子纠缠状态发送出来以后，如有人试图破解或盗取信息内容，必然会扰动这一量子纠缠态， 瞬间会造成通讯的中断，信息归零。科学界认为，这种通讯技术在效率和安全性方面，要比目前的光纤通讯高出上亿倍！这样的技术一旦得以应用，我们国防通讯、商业通讯、民用通讯的安全性和便利性将实现数量级的飞跃！
那么，中国在这场通讯技术研发竞赛中处于什么位置？用美国加州量子技术公司总裁厄尔的话说，“北京远远领先于美国。”这句话并非空穴来风。中国科学家不但在全球首发了量子通讯卫星，还在天-地之间建立了量子通讯链路。
我们的相关研发已进入到量子通讯实际应用的验证阶段，毫不夸张地说，中国是绝对意义上的NO.1。
奇怪的是，我们国内有一部分人天天以学术打假的名义高喊抹黑潘建伟，认为量子通信是一场局。但仔细一看就会发现，持这种观点的绝大多数人连薛定谔方程都不会写，甚至把量子力学的基本事实都予以否定。千方百计地想凭借抹黑潘建伟而上位，如此看来孰是孰非一眼便知。
其实早在2017年，潘建伟就被世界顶级期刊《Nature》评为年度科学人物，世界各国的量子通信团队都将潘建伟视为学科发展带头人。不知那些抹黑潘建伟的人 看到6月15日这一被国际同行高度认可的重大突破，还会说些什么？
潘建伟论文发表在国外
2018年1月,中科大潘建伟教授及其研究团队与合作者利用“墨子号”量子科学实验卫星,首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发,并利用共享密钥实现了加密数据传输和视频通信。
2018年，潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队，联合中科院上海技术物理所以及微小卫星创新研究院、国家空间科学中心等单位，与奥地利科学院合作，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发。
并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力。相关成果以封面论文的形式发表在1月19日出版的国际权威学术期刊《物理评论快报》上。
扩展资料：
墨子号量子科学实验卫星（简称墨子号），于2016年8月16日1时40分，在酒泉用长征二号丁运载火箭成功发射升空。 2017年1月18日，中国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”圆满完成了4个月的在轨测试任务，正式交付用户单位使用。
2017 年8月12日，墨子号”取得最新成果——国际上首次成功实现千公里级的星地双向量子通信，为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础，至此，“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部三大科学目标。
2020年6月15日，中国科学院宣布，“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。
该实验成果不仅将以往地面无中继量子密钥分发的空间距离提高了一个数量级，并且通过物理原理确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下依然能实现安全的量子密钥分发。国际学术期刊《自然》于北京时间6月15日23时在线发表了这一成果。
参考资料来源：百度百科—墨子号量子科学实验卫星
参考资料来源：新华网—“墨子号”成功实现洲际量子密钥分发
是墨子号。墨子号量子科学实验卫星（简称墨子号），于2016年8月16日1时40分，在酒泉用长征二号丁运载火箭成功发射升空。此次发射任务的圆满成功，标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。
中国量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍，如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”，那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就，海量信息将在其中来去如影，并且“无条件”安全。
扩展资料：
科学依据：
基础量子理论非常成熟，这是大学三年级学习量子力学时我们的老师特别强调的。量子力学不可理解的事情不是他的模糊理论或错误或遗漏，而是对一些基本公理的解释。
例如，观察问题确实有一些难以理解的东西，这很难理解，一加一等于二，但这并不影响我们用它来推出一加二等于三，或者自然数是亚伯群，但是量子理论真正难以理解的是上个世纪初，因为它颠覆了当时的概念。
中国科学技术大学近日演示了两个量子存储器相距50公里的纠缠，为解决大规模量子互联网的关键技术问题提供了思路。此前，两个固定节点之间的量子纠缠始终无法超越1.3公里的距离。 相关论文于2月13日凌晨发表在世界顶级学术期刊、英国《自然》杂志上。中科大教授潘建伟、包小辉、张强为文章的通讯作者。 量子是物理学中不可再分的基本单元，比如，光子就是量子性的，不存在“半个光子”的说法。在这个微观世界里，科学家们发现了许多奇妙的特性，量子通信、量子计算等概念基于此发展起来。 量子纠缠就是其一，爱因斯坦称之为“鬼魅般的远距作用”。处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联，其中一个量子状态发生改变(比如人们对其进行测量)，另一个的状态会瞬时发生相应改变，仿佛“心灵感应”。 虽然理论上是这样，但如果要建成大规模的量子互联网络，保证两个遥远的节点保持这样精妙的纠缠态，仍存在许多技术上的挑战。 自上个世纪70年代以来，物理学家们开始尝试远距离量子纠缠分发，即把处于纠缠态的光子分发到两处。 早在2005年，潘建伟团队就在合肥大蜀山实现了13公里的量子纠缠分发。2012年，该团队又在青海湖实现了首个超过102公里的量子纠缠分发实验。2017年，利用世界首颗量子通信实验卫星“墨子号”，他们创下了世界量子纠缠分发距离的纪录，达到1200千米。 不过，这样的星地量子纠缠分发造成的传输损耗很大，在实际应用上有很大挑战。若要让光子在远距离光纤上传输，也会出现严重的损耗，限制分发的成功率。 论文提到，一个解决方案是，在两个远距离节点上各自制备量子存储器(某种可以储存量子态的物质)和一个光子的纠缠，再把这两个光子传输到一个共同的中间节点。对这两个光子进行适当的测量操作后，就能把原节点上的两个量子存储器投射成远程纠缠态。 此前，国际科学家们曾用原子团簇、原子、金刚石中氮空位色心、离子阱等系统作为量子存储器进行操作，但最好的结果也只有1.3公里。 论文指出，想把纠缠距离拓展到城际规模，存在三个主要的挑战。一是获得“明亮”(即有效)的物质-光子纠缠，二是减少传输损耗，三是实现长距离光纤中稳定的高可见干涉。 针对以上挑战，研究团队利用一种名为腔增强的量子效应来制备明亮的原子团簇和光子纠缠。他们在中科大校园内设置了两个这样的节点，再把两个信使光子通过两条平行的11公里长光纤传输到中间节点——合肥软件园。 为了减少传输期间的光子损耗，研究团队利用量子频率转换技术，将光子从近红外频率转换为适合于电信传输的频率。最后，他们在双光子干涉机制下实现了两个量子节点的纠缠，等于说跨越了22公里。 接下去，中科大团队又更进一步，在单光子干涉机制下，让两个由50公里长光纤连接的节点实现了纠缠，达到了城际尺度。 论文乐观地判断，把更多类似距离的节点连接起来，这个实验就可以拓展成一个量子网络的功能单位，为建立大规模的量子互联网做好了铺垫。
潘建伟发表国际论文
北京时间1月7日凌晨，中国科学技术大学潘建伟团队在《自然》杂志上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”的论文，验证了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。
中国科学技术大学教授潘建伟表示：“我们的工作表明，量子通信技术对于大规模的实际应用已经足够成熟。类似地，如果把来自不同国家的国家量子网络合并在一起，并且如果大学，机构和公司聚集在一起以标准化相关协议、硬件等，则可以建立全球量子通信网络。”
全球首个天地一体化量子通信网络
研究团队在量子保密通信京沪干线与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上，构建了世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个星地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络，实现了地面跨度4600公里的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发，并进行了长达两年多的稳定性和安全性测试、标准化研究以及政务金融电力等不同领域的应用示范。
这项研究成果由潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作。
“论文是对上述成果的一个系统性总结，证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。我国科研人员通过构建天地一体化广域量子保密通信网络的雏形，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。”中国科学技术大学在官方网站上称。
尽管研究论文是一项总结性的工作，但是意义重大。自“墨子号”量子卫星于2016年8月发射以来，研究团队在优化地面站接收光学系统、提高QKD发射系统时钟频率并应用更高效QKD协议的基础上，实现了卫星对地面站的高速量子密钥分发，生成速率比之前的工作高出约40倍；研究团队还成功地将卫星与地面的安全成码距离从1200公里拓展到2000公里，相应的地面站俯仰角跨度可达170 ，几乎可覆盖整个天空。
与传统的加密不同，量子通信被认为是不可破解的，因此银行，电网和其他部门的安全信息传输的未来。量子通信的核心是量子密钥分发（QKD），它使用粒子的量子状态（例如光子）形成一串加密字符串或者密钥，在发送方和接收方之间进行的任何窃听都会更改此字符串或密钥，并立即引起注意。
目前普遍的QKD技术使用光纤进行数百公里的传输，具有很高的稳定性，但对通信信道损耗很大；而利用卫星和地面站之间的自由空间进行千公里级别的传输，将地面光纤和自由空间结合，可以实现大规模、全覆盖的全球化量子通信网络。
根据中国科学技术大学介绍，按通信信道的不同，量子密钥分发主要有光纤和自由空间两种实现方式。光纤QKD技术的信道稳定性较好，可以实现基本恒定的安全码率，在城域城际范围内可以方便的连接到千家万户；在超远距离、移动目标、岛屿和驻外机构等光纤资源受限的场景，可以通过卫星中转的自由空间信道连接。
量子通信网络已接入多个行业领域
2017年9月底正式开通的量子保密通信京沪干线，总长超过2000公里，覆盖四省三市共32个节点，是目前世界上最远距离的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线。研究团队攻关了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控监控等系列工程化实现的关键技术。建成后，开展了长达两年多的相关技术验证和应用示范以及大量的稳定性测试、安全性测试及相关标准化研究，同时京沪干线网络的密钥分发量可以支持1.2万以上用户同时使用。
目前该天地一体化量子通信网络已经接入包括金融、电力、政务等150多家行业用户。2019年初，国家电网有限公司基于该网络，建立了跨越2600公里的量子密钥分发信道，实现了电力通信数据加密传输，首次从工程上检验了星地量子通信开展实际业务的可行性。
“本工作发展的相关技术也为量子通信系统小型化、低成本、国产化奠定了基础。”中国科学技术大学方面表示，“最近团队成功研制了重量约百公斤的小型地面站，实现了与墨子号的星地量子密钥分发实验，和国际多个地面站的进行了星地量子密钥分发实验，未来有望进一步做到可单人搬运；同时，在保证密钥分发速率的前提下已经成功研制几十公斤的小型化空间量子密钥分发载荷，这些成果也为形成卫星量子通信国际技术标准奠定了基础。”
根据《自然》论文，未来该团队将与来自奥地利、意大利、俄罗斯和加拿大的国际合作伙伴进一步扩大在中国的网络。他们还将致力于开发小型、经济高效的QKD卫星和地面接收器，以及中高地球轨道卫星，以实现空前的万公里级QKD传输。
另据中国科学技术大学介绍，在天地一体化量子通信网络大量测试结果及标准化研究的基础上，全球三大标准化组织之一ISO/IEC正在基于京沪干线的实践编制国际标准《QKD安全要求、测试与评估方法》，另一国际组织ITU也正基于京沪干线的建设模式起草可信中继安全要求、QKD网络功能架构等国际标准。
一周内两次登上国际科学期刊，中科大潘建伟团队太“忙”了！
6 月 15 日，《Nature》杂志刊登了潘建伟团队主导的量子通信研究《基于纠缠的千公里级安全量子加密》。
6 月 18 日，《Science》杂志以“First Release”形式刊登了潘建伟、苑震生在超冷原子量子计算和模拟研究的最新进展，题为“Cooling and entangling ultracold atoms in optical lattices”《在光学晶格中冷却和纠缠超低温原子》。
雷锋网注：图片截自 Science
在后者这项研究中，研究人员实验了首次提出的冷却新机制，实验后使系统的熵 降低了 65 倍 ，达到了创纪录的低熵。
在此基础上，研究团队在光晶格中 首次实现了 1250 对原子高保真度纠缠态的同步制备，保真度为 99.3%。
在量子计算领域，量子纠缠被视为核心资源，随纠缠比特数目的增长，量子计算的能力也将呈指数增长。
因此， 大规模纠缠态的制备、测量和相干操控成为了量子计算研究的核心问题。
通常情况下，实现大规模纠缠态要先同步制备大量纠缠粒子对，再通过量子逻辑门操作将其连接形成多粒子纠缠。
由此， 高品质纠缠粒子对的同步制备是实现大规模纠缠态的首要条件。
在实现量子比特的物理体系中，由于具备良好的可升扩展性和高精度的量子操控性，光晶格超冷原子比特和超导比特被视为最可能率先实现规模化量子纠缠的系统。
早在 2010 年，中科大研究团队就与德国海德堡大学展开了合作，对基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息处理展开联合攻关。
研究人员开发了具有自旋依赖特性的超晶格系统，形成了一系列并行的双阱势。
不仅如此，每个双阱势用光场产生了有效磁场梯度，结合微波场，实现了对超晶格中左右格点及两种原子自旋等自由度的高保真度量子调控。
据量子物理和量子信息研究部的说法，在早期研究中，研究团队使用 Rb-87 超冷原子制备了 600 多对保真度为 79% 的超冷原子纠缠态并使用该体系调控特殊的环交换相互作用产生四体纠缠态，模拟了拓扑量子计算中的任意子激发模型。
但由于 晶格中原子的温度偏高，使其填充缺陷大于 10%， 不利于形成更大的多原子纠缠态和提升纠缠保真度。
因此，光晶格超冷原子比特系统需要进一步提升。
论文指出，研究团队首次提出了新制冷机制，即利用交错式晶格结构将处在绝缘态的冷原子浸泡到超流态中，通过绝缘态和超流态之间高效率的原子和熵的交换，以超流态低能激发的形式存储系统中的热量，再用精确的调控手段移除超流态，从而获得低熵的填充晶格。
基于此，研究人员在一个具有 10000 个原子的量子模拟器展开了实验。在二维平面上，研究人员将莫脱绝缘体样品浸泡在可移动的超流体储层中使其冷却。
雷锋网注：图为光晶格中原子冷却的示意图
结果显示，制冷后使系统的熵达到了创纪录的低熵， 降低了 65 倍 ，不仅如此， 晶格中原子填充率大幅提高到 99.9% 以上，达到近乎完美的程度。
在这一制冷基础上，研究人员进一步推进研究。
研究人员开发了两原子比特高速纠缠门，最终 获得了纠缠保真度为 99.3% 的 1250 对纠缠原子。
对此，研究人员表示，其研究为 探索 低能量多体相提供了一个环境，使产生大规模的纠缠更具可能性。
另外，对于这一研究结果，《Science》杂志的审稿人给与了正面评价：
超冷原子量子计算和模拟研究之所以能取得新突破，离不开以潘建伟、苑震生为主导的研究团队，而从其过往的研究经历来看，二位来头不小。
潘建伟
潘建伟，有“量子之父”之称，是“墨子号”的首席科学家。主要从事量子物理和量子信息等方面的研究，是国际上量子信息实验研究领域开拓者之一，同时也是该领域具有重要国际影响力的科学家。
虽然一周连登两次国际期刊，但潘建伟的高光，远不止如此；不仅多次登上国际期刊，还屡次创下记录，主要包括：
苑震生
苑震生，中国科学技术大学教授，其研究方向包括超冷原子量子调控、量子光学，以及原子分子物理。
据量子物理与量子信息研究部官方介绍，苑震生教授在国际权威学术期刊上发表研究论文多达 40 余篇，总引用 2000 次。
其中包括：
·······
尽管这些“最可爱的人”已取得了许多成就，但他们仍未停歇，不断用新的研究成果刷新着我国在量子计算和模拟的进步。
期待更多的研究成果的发布，雷锋网也将持续关注。
参考资料：雷锋网
【1】
【2】
【3】
潘建伟发表论文
潘建伟及其团队研发了量子计算机技术。
1、科研综述
2022年8月，中国科学技术大学潘建伟及其同事包小辉、张强等，将长寿命冷原子量子存储技术与量子频率转换技术相结合，采用现场光纤在相距直线距离12.5公里的独立量子存储节点间建立纠缠。
2022年，中国科学技术大学潘建伟团队与上海技物所、新疆天文台等单位合作，在国际上首次实现了百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验时间传递稳定度达到飞秒（千万亿分之一秒）量级，可满足目前最高精度光钟的时间传递要求。
2、学术论著
根据2022年7月中国科学技术大学官网显示，潘建伟在《Nature》《Science》《PNAS》和《Physical Review Letters》等重要国际学术期刊上发表论文180余篇，并受国际权威综述期刊《Reviews of Modern Physics》邀请先后撰写关于多光子纠缠实验和现实条件下量子通信安全性的综述论文。
3、成果奖励
根据2022年7月中国科学技术大学官网显示，潘建伟曾获国家自然科学一等奖等奖项。