1946年世界第一臺計算機“ENIAC”誕生，由此掀起了世界第三次工業革命——電子信息科技革命，而隨著科技的進步與發展，在遵守“摩爾定理”飛速前行了數六年以后，阻礙其進一步發展的系列問題逐漸顯現。科學家開始思索第四次工業革命的突破口會是那里，其中，量子科技被科學家覺得將成為第四次工業革命的引擎，引爆第四次工業革命。
量子技術全稱為為量子信息技術，是量子化學與信息技術相結合發展上去的新學科,主要包括量子通訊和量子估算2個領域。量子通訊主要研究量子密碼、量子隱型傳態、遠距離量子通訊的技術等等;量子估算主要研究量子計算機和適宜于量子計算機的量子算法。
日本滑鐵盧學院的量子技術專家延內魏因說：“國際上確實存在量子科研大賽。這個中國團隊已克服了好幾個重大技術與科學挑戰，清楚地表明了她們在量子通訊領域處于世界領先地位。”
2016年，加拿大政府發布的《量午時代的技術機遇》報告顯示，中國量子科技的論文發表排在全球第一、專利應用排行第二。在“第二次量子革命”的起步階段，中國異軍凸出步入“領跑陣營”。
這個團隊指的就是潘建偉團隊，中國的量子技術是全世界第一，而這其中要幸好了潘建偉院士。
29歲攻破世界性困局的少年天才
潘建偉1970年出生于農村，從小跟隨奶奶長大，但是潘建偉的成績卻挺好，1987年，17歲的潘建偉考入了中國科學技術學院近代化學系。
在中國科學技術學院求學期間，那時潘建偉很“傲氣”，想著不用留學，就在國外出成績。但是當時國外條件差，做實驗，儀器不全；搞理論，僅中國科大學數學所有較完整的國際數學學刊物，更缺乏出席國際大會的經費。他意識到，必須邁出國門求學。
1996年，得益于變革開放，潘建偉留學英國，第一次看到了導師蔡林格院士。當時，導師問潘建偉之后有哪些準備，潘建偉回答：“我想要在中國建一個和您實驗室一樣世界領先的量子化學實驗室。”
1999年，年僅29歲的潘建偉作為第二作者的量子態隱型傳輸實驗取得量子信息實驗領域突破性進展，借助“量子糾纏”技術，利用衛星網路、光纖網路等精典信道，傳輸量子態攜帶的量子信息。量子態隱型傳輸是一種全新的通訊方法，它傳輸的不再是精典信息而是量子態攜帶的量子信息，是未來量子通訊網路的核心要素。
早在1997年的時侯，蔡林格小組在室外首次完成了量子態隱型傳輸的原理性實驗驗證，而1999年，潘建偉參與的的量子態隱型傳輸實驗更是被被公覺得量子信息實驗領域的開山之作，
美國數學學會將其評為世界數學學年度十大進展，日本《科學》雜志列為年度全球十大科技進展。
不久，潘建偉的母校中科大時任市長朱清時向他發出歸國約請，可以博士結業生身分破格任院長。
朱市長的約請讓潘建偉十分感動，但是歸國做貢獻本是初心。在那位開明市長的愛惜下，他一方面繼續在法國做科研，另一方面，從2001年起設立中科大量子化學與量子信息實驗室。
在潘建偉的領導下，中國的量子技術開始領先世界，全球第一。
量子通訊：墨子號成全球首個量子通訊衛星
量子通訊是指借助量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方法。在微觀世界里，兩個糾纏的粒子可以趕超空間進行瞬時作用。也就是說，一個糾纏粒子在月球上，另一個糾纏粒子在地球上，只要對月球上的粒子進行檢測，發覺它的載流子為下，這么遠在地球上的另一個糾纏粒子的載流子必然為上。
借助這個特點實現光量子通訊的過程如下：事先建立一對具有糾纏態的粒子，將兩個粒子分別置于通訊雙方，將具有未知量子態的粒子與發送方的粒子進行聯合檢測（一種操作）潘建偉 量子通訊，則接收方的粒子頓時發生滑坡（變化），滑坡（變化）為某種狀態，這個狀態與發送方的粒子倒塌（變化）后的狀態是對稱的，之后將聯合檢測的信息通過精典信道傳送給接收方，接收方按照接收到的信息對倒塌的粒子進行幺正變換（相當于逆轉變換），即可得到與發送方完全相同的未知量子態。
量子通訊要求光源發射單光子，由于單光子的量子狀態不可復制、不可監聽。因為單光子不可分割、不可復制，不能像傳統通訊那樣進行復制放大，所以百公里幾乎已成量子通訊的極限。
潘建偉從研究生開始就早已開始轉專研量子通訊，他有關實現量子隱型傳態的研究成果榮獲日本《科學》雜志“年度十大科技進展”，并同倫琴發覺X射線、愛因斯坦構建相對論等影響世界的重大研究成果一起被《自然》雜志選為“百年化學學21篇精典論文”。
從2003年開始，潘建偉團隊就早已開始立項研究，2007年，潘建偉團隊在量子通訊研究方面取得重要突破，成為在國際上首次實現百公里量級安全量子通訊的3個團隊之一。2008年夏天，潘建偉團隊在南京構建了世界上第一個光量子電話網，實現了“一次一密”加密方法的實時網路通話。2012年，潘建偉團隊在西安市建成了世界上首個覆蓋整個寧波市區的規模化（46個節點）量子通訊網路，標志著大容量的城域量子通訊網路技術早已成熟。
但是，目前早已建好的通訊網路都是通過光纖輸運光子，光纖對光子的固有耗損就限制了量子通訊的距離只能在百公里級。假如想進一步實現遠距離的量子通訊，就須要量子衛星了。將光子發射到太空中通過衛星中轉，光子只須要穿過10公里厚的大氣層，耗損很小，就可能實現全球化的量子通訊網路。
也就是說高耗損的地面成功傳輸100公里，意味著在低耗損的太空傳輸距離將可以達到1000公里以上。
所以，中國開始研究量子衛星，2016年，墨子號量子衛星成功發射。中國科學家15日（當地時間）在加拿大《科學》雜志上報告說，中國“墨子號”量子衛星在世界上首次實現千公里量級的量子糾纏，這意味著量子通訊向實用邁出一大步。
《自然》重大科學風波評價稱：“國際同行們正在努力追趕中國，中國現今似乎是衛星量子通訊的世界領導者。
2017年，中國借助“墨子號”量子科學實驗衛星在國際上率先成功實現了千公里級的星地單向量子糾纏分發，并在此基礎上實現了空間尺度下嚴格滿足“愛因斯坦定域性條件”的量子熱學非定域性檢驗。
這次實驗還成功解決了愛因斯坦與玻爾領導的赫爾辛基學派60年未決的EPR之爭，否認了玻爾的正確性。
這一重要成果為未來舉辦大尺度量子網路和量子通訊實驗研究，以及舉辦外太空廣義相對論、量子引力等化學學基本原理的實驗檢驗奠定了可靠的技術基礎。
正由于此，《科學》雜志幾位審稿人贊揚該成果是“兼具潛在實際現實應用和基礎科學研究重要性的重大技術突破”并斷定“絕對毫無疑惑將在學術界和廣大的社會公眾中形成極其巨大影響”。
從2003年參與項目開始算起，團隊用14年的努力做到了世界第一，領先世界。
在軍事領域，量子衛星將徹底避免間諜監聽及破解的保密通訊技術，媲美外國的網路功擊與防御能力，要曉得在未來軍事作戰就靠的是獲取信息的多少，打得是信息戰，而量子衛星將徹底避免日本獲取敵方情報。
而量子衛星也可以民用，潘建偉預期，通過10至15年左右的努力，中國有望率先建成一個全球化的量子通訊衛星網路，量子通訊可望服務千家萬戶。
量子估算，中國再度領跑世界
量子計算機為何遠勝過超級計算機，由于不論是精巧的智能手機，還是小型的超級計算機，她們的基本工作原理都是一樣的，都是根據一定規則處理“0、1”二補碼數據。所有文字、圖片、視頻等信息，在計算機中都可以用“0、1”數據來表示。諸如，字母A在計算機里就表示為：，每一位0或則1都被稱為一個比特。
在傳統計算機中，一個比特在某次估算中要么是0，要么是1，只能表示為一個狀態。
而倘若借由上面所提及的量子疊加態概念，量子疊加態是指粒子可以存在于疊加態中，能同時擁有兩個相反的特點，也就是我們說的波粒二象性。雖然我們在日常生活中經常面對“不是A就是B”的決擇，而但在微觀世界中是可以接受“既是A又是B”的。
用量子來做計算機的比特，則一個“量子比特”可以同時既為1，也為0。以10個比特為例，傳統計算機一次只能表示0至1023這1024個數中的某一個數（2的10次方為1024），若這10個比特為量子比特，則每一個比特都可同時表示為0和1，這10個比特可以同時表示1024個數，遠遠低于傳統計算機只能表示一個數的水平。
因而，量子計算機將才能極大地提高運算能力，對于有著超高復雜度的問題將有著不可取代的優勢。
量子計算機將會運用于核試爆、高新技術裝備模擬、戰爭設計和模擬、情報獲取和剖析等軍事領域，還有在民生領域，如氣候預測、疾病醫療、石油勘察、材料科學與估算納米技術等等。將促進世界科技的大躍進。所以全世界都想把握量子計算機。
量子估算研究的第一個階段性目標是實現“量子估算優越性”(亦譯為“量子霸權”)，即研發出量子估算靶機在特定任務的求解方面趕超精典的超級計算機。借助超導量子比特實現隨機線路采樣和借助光子實現玻色采樣是目前國際學術界公認的演示量子估算優越性的兩大途徑。
1、利用光子實現玻色采樣
線性光學量子估算是量子估算的方案之一。所謂線性光學量子估算，就是以光子作為載體，經過一個線性系統完成操作，輸出估算結果。實現大規模比特的通用量子計算機目前看來還具有很嚴苛的門檻，于是，科學家希望還能首先讓量子估算在特定任務上表現出比精典計算機更卓越的能力，許多科學家將眼神瞄準了玻色采樣上。
“玻色采樣”是指，在n個全同玻骰子經過一個干涉儀后，對n個玻骰子的整個輸出態空間進行取樣的問題。取樣過程和分布機率息息相關。
科學家經過研究發覺，n光子“玻色采樣”的分布機率反比于n維矩陣積和式（）的模方，從估算復雜度的角度來看，積和式的求解難度是“#P-hard”，當前精典最優算法須要O(n2n)步，隨著光子數的降低求解步數呈指數下降。對于這樣一個精典估算#P-困難的問題，在中小規模下就可以擊敗超級計算機。
所以玻色采樣就成為了實現量子估算的兩大途徑之一，對于玻色采樣任務來說，驗證其是否從正確的分布中取樣是至關重要的。目前而言，完全驗證還無法做到，由于對于具有量子優勢的實驗來說，精典模擬的估算量將是指數級下降的，難以對大規模的實驗進行驗證。
2017年5月3日，世界科技界為之側目潘建偉 量子通訊，世界上第一臺趕超初期精典計算機的光量子計算機誕生。這個“世界首臺”量子計算機是貨真價實的“中國造”，屬中國科學技術學院潘建偉院士及其朋友陸朝陽、朱曉波等，聯合安徽學院王浩華院士研究組攻關突破的成果。
這是歷史上第一臺趕超初期精典計算機的基于單光子的量子模擬機，為最終實現趕超精典超級估算能力的量子估算這一國際學術界稱之為“量子稱雄”的目標，奠定了堅實的基礎。
在此基礎上，中國農大研究組因而借助自主發展的國際最高效率和最高品質單光子源、最大規模和最高透過率的多通道光學干涉儀，并通過與中科院北京微系統與信息技術研究所尤立星在超導納火鍋高效率單光子偵測器方面的合作，成功實現了20光子輸入60×60模式(60個輸入口，60層的線路深度，包括396個分束器和108個反射鏡)干涉線路的玻色采樣實驗。
實驗成功操縱的單光子數降低了5倍，模式數降低了5倍，采樣速度提升了6萬倍，輸出態空間維數提升了百億倍。其中，因為多光子高模式特點，輸出態空間達到了三百七十萬億維數，這等效于48個量子比特展開的希爾伯特空間。為此，實驗首次將玻色采樣加快到一個全新的區域：難以通過精典計算機直接全面驗證該玻色色采樣量子估算靶機，朝著演示量子估算優越性的科學目標邁出了關鍵的一步。
日本數學學會網站對該工作的總結強調：“這意味著量子估算領域的一個里程碑：接近精典計算機不能模擬量子系統的地步”
據潘建偉透漏，有希望到2020年實現“量子稱雄”，也就是趕超目前最快的超級計算機。
2、利用超導量子比特實現隨機線路采樣
2019年4月，中國農大潘建偉團隊實現了國際上最大規模超導量子比特糾纏態12比特“簇態”的制備。
而要實現多個量子比特的糾纏，須要實驗的每位環節（量子態的品質、操控和檢測）都保持極高的技術水平，但是隨著量子比特數量的降低，噪音和雜訊等誘因帶來的錯誤也急劇降低，這對多量子體系的設計、加工和調控帶來了巨大的挑戰。
潘建偉院士及其朋友朱曉波、陸朝陽、彭承志等通過設計和加工了高品質的12比特一維鏈超導比特芯片，而且采用并行邏輯門操作方法防止比特間的雜訊，以及熱循環操作消除不須要的二基態系統對于比特性能的影響，首次制備并驗證了12個超導比特的真糾纏，保真度達到70%，打破了2017年由中國農大、浙江學院、物理所聯合研究組創造的10個超導量子比特糾纏的記錄。這也是目前固態量子系統中規模最大的多體糾纏態，可為下一步實現大規模隨機線路取樣和可擴充雙向量子估算奠定基礎。
要曉得，正由于做出這么卓越的成就，潘建偉院士35歲就奪得了世界大獎——菲涅爾獎，這個獎項每三年頒授一次，主要授予在量子電子學和量子光學領域作出杰出貢獻的青年科學家。41歲就成為了教授，而做出這么多卓越的成就，潘建偉院士去年也才49歲，正處于科研的顛峰時期。
讓我們一起向潘建偉院士致敬，希望他可以做出更多卓越的成果。
