第三屆國(guó)際科技創(chuàng)新博覽會(huì)（以下簡(jiǎn)稱“Expo2023”）以“重義科技”強(qiáng)勢(shì)回歸線下，于5月10日在威尼斯人金光會(huì)展中心盛大啟幕。
組委會(huì)約請(qǐng)到中國(guó)文聯(lián)副主席，中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)、教授，中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院教授，中國(guó)科大學(xué)教授，發(fā)展中國(guó)家科大學(xué)教授潘建偉（Pan）先生參加閉幕式。其常年從事量子光學(xué)、量子信息和量子熱學(xué)基礎(chǔ)問題檢驗(yàn)等方面的研究工作，是該領(lǐng)域有國(guó)際影響的學(xué)者，非常是在量子通訊、多光子糾纏操縱和冷原子量子儲(chǔ)存等研究方向上作出了系統(tǒng)性創(chuàng)新貢獻(xiàn)。
以下為潘建偉先生講演內(nèi)容精華：
2022年諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)被授予科學(xué)家阿蘭·阿斯佩（Alain），約翰·弗朗西斯·克勞澤（JohnF.）和安東·塞林格（Anton），以嘉獎(jiǎng)她們“用糾纏光子進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，完善了貝爾不方程的違背，并開創(chuàng)了量子信息科學(xué)”。
2022年的諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)的新聞發(fā)布會(huì)和科學(xué)背景介紹中，都對(duì)中國(guó)科學(xué)家的相關(guān)的工作進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，包括墨子號(hào)量子衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)星際量子秘鑰分發(fā)、地心量子型常態(tài)，以及近來的量子秘鑰分發(fā)的工作等。
量子信息科學(xué)主要包括兩方面的應(yīng)用：借助量子通信提供一種原理上無條件安全的通信形式；借助量子估算大幅度提升運(yùn)算能力。
在量子估算當(dāng)中人們是借助量子比特來編碼信息，這么借助量子疊加原理可以實(shí)現(xiàn)超快的并行估算，進(jìn)而達(dá)到指數(shù)級(jí)的加速，因而量子計(jì)算機(jī)可以拿來解決精典密碼獲取、天氣預(yù)報(bào)、金融剖析和抗生素設(shè)計(jì)等的多個(gè)領(lǐng)域問題。
在量子估算方面，最終實(shí)現(xiàn)通用的量子計(jì)算機(jī)還須要長(zhǎng)時(shí)間的努力。為了確保該領(lǐng)域的健康發(fā)展，學(xué)術(shù)界為量子估算設(shè)定了三個(gè)發(fā)展階段：第一個(gè)階段是實(shí)現(xiàn)的量子估算的優(yōu)越性，這是指量子估算系統(tǒng)對(duì)個(gè)別特定問題的求解速率早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了精典超級(jí)計(jì)算機(jī)，來展示其本身的優(yōu)越性；第二階段是打造專用的量子模擬機(jī)，拿來求解一些精典計(jì)算機(jī)難勝任的特定復(fù)雜問題，例如低溫超導(dǎo)機(jī)制等；第三階段，目標(biāo)是希望在量子糾纏的幫助下實(shí)現(xiàn)通用的可編程的量子估算。
在未來，為了實(shí)現(xiàn)全球化的量子通訊，須要克服目前衛(wèi)星量子中心所面臨的困局。一是單顆低軌衛(wèi)星沒辦法直接覆蓋全球；二是目前的衛(wèi)星還只能在低影區(qū)工作。相應(yīng)的解決方案，是通過發(fā)射多顆低軌衛(wèi)星來構(gòu)成一個(gè)高效率的衛(wèi)星網(wǎng)路，也就是所謂的亮點(diǎn)天秤；在這個(gè)基礎(chǔ)之上，還可以發(fā)射具有更長(zhǎng)過境時(shí)間的中高軌的衛(wèi)星來分發(fā)更多秘鑰。而這種方案實(shí)現(xiàn)的根本前提是衛(wèi)星才能在太陽幅射背景下工作。
2017年，我們?cè)缫褜?shí)現(xiàn)了在日光背景下遠(yuǎn)距離自由空間量子通訊的地面實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了全天質(zhì)量的通訊可行性。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的量子天秤，我們?cè)缫殉晒ρ邪l(fā)了低成本和輕量化、微能量的衛(wèi)星。
國(guó)際上首顆微納量子衛(wèi)星“濟(jì)南1號(hào)”已經(jīng)在2022年7月發(fā)射，它的荷載只有20公斤，與墨子號(hào)相比重量早已大幅度增加。當(dāng)前我們正在研發(fā)第一顆中高軌量子衛(wèi)星，計(jì)劃在2026年前后發(fā)射，不僅要實(shí)現(xiàn)量子秘鑰分發(fā)之外，也為量子精密檢測(cè)提供了新的平臺(tái)。通過這顆量子衛(wèi)星，可以實(shí)現(xiàn)萬公里量級(jí)量子糾纏分發(fā)，在未來利用全球化的糾纏分發(fā)，可以將多個(gè)原子之間的原子糾纏上去，因而大幅度提升原子中的穩(wěn)定性。借助光中和超高精度的光屏標(biāo)傳輸，我們可以在外太空建立一個(gè)長(zhǎng)基線干涉儀，并舉辦一些數(shù)學(xué)學(xué)基本原理檢驗(yàn)，這兒面包括暗物質(zhì)偵測(cè)和引力波偵測(cè)等。
在量子估算領(lǐng)域量子通訊設(shè)備，我們希望未來可以達(dá)到對(duì)數(shù)百個(gè)量子比特的相關(guān)操縱，進(jìn)而建立專用的量子模擬，幫助我們理解一些復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)規(guī)律量子通訊設(shè)備，例如低溫超導(dǎo)機(jī)理、量子波爾效應(yīng)等。目前，通過10年至15年努力，我們希望還能操縱上百萬個(gè)量子并實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)，初步建立可編程的通用量子估算機(jī)。
編輯byLee