量子科技是全球高科技領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一，也是事關(guān)國(guó)家安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略性領(lǐng)域。說(shuō)到量子科技，好多人首先都會(huì)想到墨子號(hào)。2016年8月，全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號(hào)成功發(fā)射，并完滿完成設(shè)定的科學(xué)目標(biāo)，一舉奠定了我國(guó)在量子通訊領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。現(xiàn)在，在中國(guó)科大學(xué)量子創(chuàng)新研究院，科學(xué)家們正在進(jìn)行微納量子衛(wèi)星的進(jìn)一步研究。相比墨子號(hào)，微納量子衛(wèi)星將會(huì)怎樣進(jìn)一步強(qiáng)化量子保密通訊的應(yīng)用？
微納量子衛(wèi)星“濟(jì)南一號(hào)”
取得研究進(jìn)展
中國(guó)科大學(xué)教授、中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)潘建偉：今年的7月份我們成功地發(fā)射了世界首顆微納量子衛(wèi)星。這么經(jīng)過(guò)今年7月份到現(xiàn)今將近一年的努力，近來(lái)我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)確信地證明了，這個(gè)微納衛(wèi)星的成本只有墨子號(hào)的二非常之一，而且它也就能挺好地來(lái)進(jìn)行星地的量子實(shí)驗(yàn)。相關(guān)的科研成果我們會(huì)在不久的將來(lái)向全球的同行發(fā)布。
墨子號(hào)取得的一系列科研成果要邁向?qū)嶋H應(yīng)用，起碼還有兩個(gè)巨大的障礙須要克服。一是通過(guò)減肥增加衛(wèi)星發(fā)射成本，二是要克服晚上太陽(yáng)光的干擾，從只能白天工作弄成全天時(shí)。現(xiàn)在，微納量子衛(wèi)星“濟(jì)南一號(hào)”已經(jīng)跨越了第一個(gè)障礙。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)李楊：我們是經(jīng)過(guò)了大約兩年左右的時(shí)間量子通訊技術(shù)，之后研發(fā)了一顆大約是96公斤重的世界上第一顆量子微納衛(wèi)星，這個(gè)衛(wèi)星它跟我們?cè)?jīng)的墨子號(hào)相比，它包括衛(wèi)星的重量、載荷的重量都增加為原先的大約是1/6。
而要排除太陽(yáng)光干擾卻有著常人無(wú)法想像的困難。量子通訊以單光子為載體，單個(gè)光子能量微弱到相當(dāng)于從月球去看月亮上劃燃的一根火柴。黑夜為捕獲單光子提供了有利的環(huán)境，到晚上太陽(yáng)光一照，衛(wèi)星發(fā)射光子就湮沒(méi)其中，猶如一滴雨水落入了大海。因此，潘建偉領(lǐng)銜的量子通訊團(tuán)隊(duì)，從每一個(gè)影響光子天地收發(fā)的誘因著手，通過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，讓每一個(gè)指標(biāo)逐一達(dá)到技術(shù)要求。
科研團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)達(dá)一年多的調(diào)整、驗(yàn)證，抗太陽(yáng)干擾技術(shù)完成全部地面實(shí)驗(yàn)量子通訊技術(shù)，團(tuán)隊(duì)成員們滿腔信心地等待下一顆衛(wèi)星升空檢驗(yàn)。
量子估算再獲新突破
不僅通訊，估算也是量子科技應(yīng)用的一個(gè)重大領(lǐng)域。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，全球數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)下降，對(duì)估算能力的需求巨大。目前全球科技界已紛紛把眼神投向了量子估算，占據(jù)技術(shù)制高點(diǎn)。就在幾天前，由中國(guó)科大學(xué)教授潘建偉領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，將量子系統(tǒng)中真糾纏比特?cái)?shù)量的紀(jì)錄由原來(lái)的24個(gè)急劇突破至51個(gè)。從24到51，這個(gè)數(shù)字的下降，到底有著如何的特殊意義呢？
量子糾纏態(tài)制備的數(shù)量是顯示量子估算復(fù)雜度的一個(gè)重要指標(biāo)。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)朱曉波：我們看過(guò)耍雜技的，他在天上扔飛盤，扔一個(gè)接一個(gè)這比較容易，扔兩個(gè)一起接就稍稍難一點(diǎn)，扔三個(gè)就更難了。原先只能扔二十幾個(gè)，這早已相當(dāng)相當(dāng)難了，由于國(guó)際社會(huì)學(xué)術(shù)界為這個(gè)早已努力了好多好多年了。從2000年開(kāi)始到我們這個(gè)成果發(fā)布曾經(jīng)，最多也就做到24個(gè)，如今我們一下子可以接51個(gè)飛盤，并且都接得穩(wěn)穩(wěn)的。
在朱曉波眼中，對(duì)量子比特的精度追求就是刀刃上的街舞，由于一個(gè)量子比特的能量?jī)H有蝴蝶扇動(dòng)一下翅膀所須要能量的十億億分之一，經(jīng)不起任何擾動(dòng)。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)朱曉波：一個(gè)電子翻轉(zhuǎn)一下，一個(gè)光子路過(guò)等，都是一個(gè)單粒子尺度的噪音，都會(huì)使它的整個(gè)的系統(tǒng)崩潰掉。
而這一切的基礎(chǔ)離不開(kāi)深刻理解每一個(gè)噪音的來(lái)源，之后去規(guī)避其帶來(lái)的影響。只有基礎(chǔ)打得牢，量子估算的科技大樓能夠建得穩(wěn)。
潘建偉率領(lǐng)的量子估算團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)五到六年的努力，才能相干操縱數(shù)百個(gè)量子比特，拿來(lái)構(gòu)造一種專用的量子模擬機(jī)。針對(duì)一些復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)，例如低溫超導(dǎo)機(jī)制、新材料設(shè)計(jì)等目前超級(jí)計(jì)算機(jī)算不了的問(wèn)題，用量子模擬機(jī)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算。在解決一些實(shí)際問(wèn)題的同時(shí)，除了要牢牢搶占量子估算的第一方陣，還要在個(gè)別領(lǐng)域成為領(lǐng)跑者。