嘉賓主講
數(shù)學(xué)學(xué)在20世紀(jì)前期主導(dǎo)著科學(xué)的發(fā)展，其中有兩大發(fā)覺(jué)——1900年普朗克發(fā)覺(jué)量子論，1905年愛(ài)因斯坦提出狹義相對(duì)論，從對(duì)人類文明的發(fā)展而言，量子熱學(xué)的貢獻(xiàn)要更大些。量子熱學(xué)被譽(yù)為最難懂的學(xué)科，而“墨子號(hào)”衛(wèi)星的科學(xué)原理緣于量子熱學(xué)的分支——量子信息學(xué)中，量子通訊和量子估算是其主要應(yīng)用。
1927年10月，在新德里舉辦了量子熱學(xué)第五次國(guó)際大會(huì)，量子熱學(xué)基本產(chǎn)生體系。有張合照(見(jiàn)圖2)被廣傳集中了月球上三分之一智慧，上面除可見(jiàn)到愛(ài)因斯坦、居里夫人外，還有量子熱學(xué)世界里的功勛科學(xué)家，如普朗克、海森堡、玻爾、薛定諤等等。那些科學(xué)家發(fā)覺(jué)了量子世界中幾個(gè)重要的原理，例如：詮釋不同條件下分別顯示波動(dòng)或粒子性質(zhì)的“波粒二象性”；粒子介于0和1之間的“量子疊加態(tài)”；也發(fā)覺(jué)了量子的“測(cè)不準(zhǔn)原理”和“不可克隆原理”。
“墨子號(hào)”成功帶來(lái)的國(guó)際反響
“墨子號(hào)”是“十二五”期間中科院先導(dǎo)項(xiàng)目中首批啟動(dòng)的四顆衛(wèi)星之一，其中第一顆“悟空”用來(lái)探求暗物質(zhì)，第二顆是做多間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，第三顆就是“墨子號(hào)”，將要發(fā)射的第四顆用于探求黑洞。
墨子號(hào)的使命：三大科學(xué)任務(wù)、五大工程任務(wù)
“墨子號(hào)”嚴(yán)格說(shuō)來(lái)是量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，而不是通訊衛(wèi)星。我們首先要證明三大科學(xué)目標(biāo)：一是實(shí)現(xiàn)星地高速量子秘鑰分發(fā)，將衛(wèi)星上形成的量子秘鑰，分發(fā)到光學(xué)地面上，它的可行性意味著可以徹底解決精典秘鑰分發(fā)體系的安全漏洞；第二要做量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)，證明量子理論的完備性；第三是量子隱型傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，這對(duì)化學(xué)學(xué)有著重要的科學(xué)意義。后兩個(gè)目標(biāo)屬于驗(yàn)證量子熱學(xué)原理的實(shí)驗(yàn)。
對(duì)于工程目標(biāo)而言，要造一顆衛(wèi)星；地面要做四個(gè)接收站、一個(gè)發(fā)射站，產(chǎn)生天地鏈路；之后發(fā)射上天并幫助科學(xué)家完成所有實(shí)驗(yàn)。
量子通訊為什么非要到天起來(lái)做？目前在地面上可以借助光纖網(wǎng)進(jìn)行量子通訊，但量子在光纖里會(huì)衰竭，可靠傳輸距離只有100公里，中國(guó)農(nóng)大建了超千公里的滬寧量子通訊干線，是靠一段段送過(guò)去，多一個(gè)中繼點(diǎn)都會(huì)少一份安全。并且要做全球的量子秘鑰分發(fā)，在美國(guó)建中繼點(diǎn)更是問(wèn)題，通過(guò)衛(wèi)星是一個(gè)最好的辦法。空間量子網(wǎng)和地面量子網(wǎng)合上去，就能形成全球完整的量子通訊網(wǎng)。因?yàn)榱孔用罔€在分發(fā)過(guò)程具有絕對(duì)安全性，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的意義不同通常。
量子糾纏和隱型傳態(tài)實(shí)驗(yàn)的重大科學(xué)意義
量子糾纏是上個(gè)世紀(jì)量子熱學(xué)中最懸乎的一件事情，愛(ài)因斯坦覺(jué)得“這是遙遠(yuǎn)地點(diǎn)之間奇特的互動(dòng)”，他認(rèn)為一定是量子熱學(xué)的理論不完備，他提出相對(duì)論的定域性，覺(jué)得一個(gè)粒子檢測(cè)不可能對(duì)另外一個(gè)粒子形成作用，而量子熱學(xué)的非定域性覺(jué)得，一個(gè)粒子檢測(cè)有可能頓時(shí)改變另外一個(gè)粒子，誰(shuí)對(duì)呢？做實(shí)驗(yàn)!上世紀(jì)60年代，玻爾提出一個(gè)可驗(yàn)證糾纏是否存在的不方程。1972年起，不斷有人作出實(shí)驗(yàn)了美國(guó)量子通訊，但被人指責(zé)實(shí)驗(yàn)距離太近，不屬于類空間間隔。2011年中國(guó)完成了100公里的實(shí)驗(yàn)，這么1000公里呢？這要通過(guò)衛(wèi)星來(lái)驗(yàn)證。同樣，假如量子糾纏是存在的，我們也希望在幾百、上千公里范圍里驗(yàn)證量子糾纏現(xiàn)象和隱型傳態(tài)，假如創(chuàng)立，意味著多少年后有望改變?nèi)祟惿睢?span style="display:none">VCW物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
所以，“墨子號(hào)”主要任務(wù)是完成一系列的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)。為節(jié)省國(guó)家經(jīng)費(fèi)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)小衛(wèi)星，500公里軌道，640公斤重量，衛(wèi)星上裝備4個(gè)用于量子通訊的設(shè)備(荷載)：量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子秘鑰通訊機(jī)、專門形成糾纏光子對(duì)的量子糾纏源和量子實(shí)驗(yàn)控制與處理機(jī)。
我們建了五個(gè)地面站，廣州興隆、烏魯木齊南山、青海及伊寧、云南騰沖和拉薩阿里，選址考慮到可以兩兩配對(duì)，都相距1200公里，以便降低糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。糾纏分發(fā)就是一對(duì)糾纏的光要發(fā)到兩個(gè)相距1200公里地面站，由兩個(gè)接收系統(tǒng)檢測(cè)她們是否是糾纏的(如圖4)；設(shè)兩組也便捷工程上備份。拉薩阿里是發(fā)射站，做隱型傳態(tài)。
為空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供宏大平臺(tái)，工程創(chuàng)國(guó)際一流
2017年1月18日，衛(wèi)星在發(fā)射四個(gè)月后即將交付，除了確認(rèn)了它可以滿足空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求，并且早已完成了部份量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星是中國(guó)人第一次發(fā)射，給我們的科學(xué)家提供了一個(gè)國(guó)際一流的的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)超大平臺(tái)。
“墨子號(hào)”這個(gè)名子是潘建偉教授起的，墨子在2400多年前做了世界第一個(gè)小孔成像實(shí)驗(yàn)，描述了光是根據(jù)直線走的原理，這個(gè)名子既體現(xiàn)又發(fā)揚(yáng)了中國(guó)文化。
國(guó)外外反響：“重回顛峰”論、購(gòu)買論、淘汰論
“墨子號(hào)”成功發(fā)射后，國(guó)外外反響很大。《科學(xué)日本人》評(píng)選的2016年度“改變世界的十大創(chuàng)新技術(shù)”中，“墨子號(hào)”作為惟一誕生于日本本土之外的創(chuàng)新技術(shù)榮獲；《自然》雜志2016年世界八大科學(xué)風(fēng)波，“墨子號(hào)”名列中國(guó)航天榜首；《華爾街晚報(bào)》詳細(xì)報(bào)導(dǎo)了量子衛(wèi)星發(fā)射成功的過(guò)程，標(biāo)題為“沉寂了一千年，中國(guó)誓回發(fā)明創(chuàng)新之巔”，視其為中國(guó)創(chuàng)新能力提高的重要標(biāo)志。
也有冷冰冰的，如“中國(guó)人的科學(xué)水平早已實(shí)現(xiàn)了量子技術(shù)的飛越，假如我們不把歐共體弄成合理有效的整體，我們眼看都會(huì)被中國(guó)趕超。”反面聲音，“我覺(jué)得，以中國(guó)的科學(xué)水平(相較于西方世界)不可能實(shí)現(xiàn)量子技術(shù)的飛越，基本未曾有過(guò)。真實(shí)情況是，中國(guó)由西方的伙伴(或則競(jìng)購(gòu)品)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。”還有一些疑惑，例如，俄羅斯科學(xué)如此發(fā)達(dá)，為何造不出量子衛(wèi)星？日英法都不做而中國(guó)做了，是否人家不想做？
有少量非正面聲音也不足為奇，也不排除一些惡意評(píng)論，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)說(shuō)明一切。去驗(yàn)證有爭(zhēng)辯的事情才有意義。
量子衛(wèi)星，怎樣從跟挪到推動(dòng)
從量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的成功，可以尋找一下中國(guó)高科技怎樣從跟蹤到推動(dòng)之路。“國(guó)家863計(jì)劃”全稱是“高技術(shù)跟蹤計(jì)劃”，但如今中國(guó)的水平不可同日而語(yǔ)，這并非一夜爆發(fā)的成功。我分四個(gè)方面來(lái)說(shuō)。
第一，中國(guó)航天技術(shù)和空間激光技術(shù)有長(zhǎng)足進(jìn)步，航天器發(fā)射數(shù)目全球第二。
1957年10月4日，蘇聯(lián)成功發(fā)射了人類第一顆人造衛(wèi)星，四個(gè)月后，德國(guó)發(fā)射“探險(xiǎn)者”1號(hào)，中國(guó)在1970年發(fā)射了“東方紅”1號(hào)。
如今，我國(guó)通過(guò)載人航天證明了有天地往返、在軌對(duì)接控制和人類在外空的生存等能力；探月工程證明了對(duì)超遠(yuǎn)距離衛(wèi)星有測(cè)控和控制能力，“嫦娥4號(hào)”即即將著陸到地球反面，探月要跨行38萬(wàn)公里，接下去偵測(cè)火星要經(jīng)過(guò)6000多萬(wàn)公里；俄羅斯衛(wèi)星對(duì)地幀率可達(dá)0.1米，但要把軌道降到120公里，我們目前在500公里的軌道上也能達(dá)到0.5米幀率。中國(guó)航天每年發(fā)射量居世界第二，2016年是22次。推論是：我們是航天大國(guó)還不是航天強(qiáng)國(guó)，由于像探月、載人航天的創(chuàng)意并非來(lái)自我們。
除航天技術(shù)外，“墨子號(hào)”應(yīng)用了大量激光技術(shù)。1960年，瑞典發(fā)明了人類第一臺(tái)激光器，中國(guó)第二年也造出第一臺(tái)，但在校企上落后于國(guó)際。
從1994年開(kāi)始，各國(guó)將激光技術(shù)用在航天上，德國(guó)人研發(fā)了多種激光雷達(dá)，歐空局2018年將發(fā)射搭載著更先進(jìn)的氣溶膠/云偵測(cè)激光雷達(dá)的衛(wèi)星。中國(guó)也緊緊跟上，2007年“嫦娥1號(hào)”上搭載了技物所團(tuán)隊(duì)制做的激光高度計(jì)，彌補(bǔ)了拍攝地球兩極地形的國(guó)際空白。
激光通訊技術(shù)也是熱點(diǎn)，目前一秒鐘可傳完一張5G多的DVD光碟。1995年美國(guó)成功實(shí)現(xiàn)星地萬(wàn)公里量級(jí)的激光通訊，2005年實(shí)現(xiàn)世界首次星間激光通訊；2008年美國(guó)實(shí)現(xiàn)了首次空間相干激光通訊；2000年日本發(fā)射的一顆激光通訊衛(wèi)星由于沒(méi)能完善星地鏈路而失敗，但在2013年她們完成了月球與地球之間的激光通訊。我國(guó)此次也迎面趕上，在“天宮”飛船上搭載了1.6G，“墨子號(hào)”上面搭載了5.1G。這一切說(shuō)明中國(guó)近些年來(lái)的積累為“墨子號(hào)”成功打下了基礎(chǔ)。
第二，多年的開(kāi)放為我國(guó)科學(xué)家的原創(chuàng)提供了條件，為墨子號(hào)注入了靈魂。
潘建偉教授是馳名國(guó)際的量子通訊著名專家，他有關(guān)實(shí)現(xiàn)量子隱型傳態(tài)的研究成果榮獲《科學(xué)》雜志“年度十大科技進(jìn)展”，并被《自然》雜志選為“百年化學(xué)學(xué)21篇精典論文”，與倫琴發(fā)覺(jué)X線，愛(ài)因斯坦構(gòu)建相對(duì)論齊名。1970年出生的他在維也納學(xué)院獲得博士學(xué)位，他歸國(guó)后，得到國(guó)家上上下下的竭力支持，而他的導(dǎo)師、奧地利科大學(xué)教授席林格()院士在歐共體卻推不動(dòng)這個(gè)項(xiàng)目。
量子秘鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。2005年，北大和美國(guó)的科學(xué)家同時(shí)提出地面量子秘鑰分發(fā)的原理；2007年，潘建偉團(tuán)隊(duì)和美國(guó)團(tuán)隊(duì)又同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了光纖量子秘鑰分發(fā)超過(guò)100公里。接著我們逐漸領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)，2010年中國(guó)做了200公里光纖量子秘鑰分發(fā)，2007年法國(guó)完成了144公里自由空間量子秘鑰分發(fā)。
潘建偉另外的貢獻(xiàn)是量子隱型傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，他的第一篇論文是在美國(guó)寫(xiě)的，歸國(guó)后先和美國(guó)并行，后來(lái)漸漸領(lǐng)先。2008至2011年，中科大和技物所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在湖南岸邊做了大量的實(shí)驗(yàn)，一方面是驗(yàn)證量子通訊能夠上天，另一方面也做理論研究，在一流國(guó)際雜志上發(fā)文。在量子秘鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)中，我們實(shí)現(xiàn)了以熱氣球?yàn)槠脚_(tái)的運(yùn)動(dòng)下的秘鑰分發(fā)，固定平臺(tái)最遠(yuǎn)達(dá)到98公里。后來(lái)我們又做了100公里的量子糾纏分發(fā)和隱型傳態(tài)，在國(guó)際上也是首次。
所以說(shuō)，公正競(jìng)爭(zhēng)、科學(xué)開(kāi)放的環(huán)境，給科學(xué)家提供了創(chuàng)新和領(lǐng)先世界的機(jī)會(huì)。
第三個(gè)多學(xué)科交叉融合，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，量子衛(wèi)星在光電技術(shù)上取得突破進(jìn)步。
通常的衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)把相片拍完傳輸出來(lái)就完成任務(wù)了，而“墨子號(hào)”要天地上下光交互對(duì)接、還要在衛(wèi)星上形成量子訊號(hào)和糾纏光子對(duì)，它是量子理論、激光技術(shù)和航天工程完美結(jié)合，也是真正意義上的國(guó)際首次。
我們集中實(shí)現(xiàn)了七項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破。其中有天地鏈路高精度跟蹤和精確指向。淺顯來(lái)講，就是要抓得住、跟得牢、打得準(zhǔn)，衛(wèi)星高速飛行，一千公里以外一出現(xiàn)就得抓住，并完善光的通訊鏈路，發(fā)射的量子光還必須精確指向地面站。為了做糾纏分發(fā)，天上的衛(wèi)星要同時(shí)對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)地面站，并要同時(shí)達(dá)到同樣的高精度，我們都一次獲得成功。
有天地鏈路的單光子接收。在地面、天上要偵測(cè)到脈沖的光子必須有合適的偵測(cè)器，我們解決了商用高靈敏度單光子偵測(cè)器在空間環(huán)境下不能常年使用的困局。
有高色溫量子糾纏源。量子源是激光通過(guò)極其特殊的晶體干涉下來(lái)一對(duì)對(duì)光子對(duì)，極有難度，我們不但做了全世界最亮的量子源，并且發(fā)射上天了。
同時(shí)突破了近衍射極限光量子發(fā)射和多源同軸插值、偏振態(tài)保持與基矢跟蹤檢測(cè)、高精度時(shí)間同步技術(shù)等。
簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，其難度相當(dāng)于坐著客機(jī)從萬(wàn)米高空扔硬幣，同時(shí)扔向地面兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的儲(chǔ)蓄罐，硬幣不但要擊中儲(chǔ)蓄罐，并且要確切地射入狹長(zhǎng)的投幣狹縫里。偵測(cè)一個(gè)光子，相當(dāng)于地面1米口徑的望遠(yuǎn)鏡，要看38萬(wàn)公里外的地球上燃著的一根火柴。靈敏度這么高!
第四，中國(guó)科研組織和管理模式，為“墨子號(hào)”的成功發(fā)射提供了強(qiáng)有力的保障。
回顧一下，2003年潘教授歸國(guó)提出星地量子通訊的概念，2008年立項(xiàng)舉辦地面攻關(guān)，2011年完成百公里量級(jí)的量子秘鑰分發(fā)，2011年末量子衛(wèi)星工程立項(xiàng)，2016年發(fā)射。13年間，匯聚了好多團(tuán)隊(duì)：中科大、技物所、上海小衛(wèi)星工程中心、天文臺(tái)、光電所、上海光機(jī)所、航天科技8院等等；主力球員全是90后。
借此來(lái)看墨子號(hào)的成功要素。首先，量子衛(wèi)星好諸如阿波羅登月、載人航天都是國(guó)家項(xiàng)目，不是個(gè)人、幾個(gè)小團(tuán)體可以弄成；第二是高技術(shù)的比拼；第三對(duì)科學(xué)的追求須要愛(ài)國(guó)精神來(lái)支撐；第四是探求未知的理想信念。
由此引起我對(duì)中國(guó)式科技創(chuàng)新的思索。第一，科學(xué)家原創(chuàng)是靈魂。第二，管理層快速?zèng)Q策是資源保障，這是中國(guó)特色的高執(zhí)行力。第三，兵團(tuán)式多團(tuán)隊(duì)聯(lián)合，工程管理是技術(shù)也是藝術(shù)和科學(xué)。第四是科學(xué)團(tuán)隊(duì)和工程團(tuán)隊(duì)的互補(bǔ)，交叉融合，1+1小于2。量子衛(wèi)星得益于天時(shí)地利人和，天時(shí)是國(guó)家對(duì)科學(xué)的注重，地利是在開(kāi)放的全球競(jìng)爭(zhēng)，人和是團(tuán)隊(duì)互相支持。
對(duì)今后的發(fā)展，我也提出四點(diǎn)，第一，要常年支持，國(guó)家要有選擇性支持。第二，要有包容失敗的文化。第三美國(guó)量子通訊，要有多元評(píng)價(jià)的體制，不能讓工程師團(tuán)隊(duì)也去做SCI文章。第四，在破壞性創(chuàng)新中發(fā)展高科技，我們選題上一定要有高度，從跟蹤到推動(dòng)這個(gè)階段，說(shuō)究竟，科學(xué)的創(chuàng)新思想還是成功之源。
量子技術(shù)，怎樣改變生活
量子信息學(xué)和實(shí)際生活密切相關(guān)。目前國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈，法國(guó)、美國(guó)、日本都在耗費(fèi)大量財(cái)力研究，并非她們不做我們才去做。量子技術(shù)還有許多應(yīng)用。
量子陀螺儀。過(guò)去沒(méi)有GPS，客機(jī)導(dǎo)航便憑著陀螺儀。借助量子技術(shù)發(fā)展的原子陀螺儀，檢測(cè)精度可比傳統(tǒng)的高幾個(gè)數(shù)目級(jí)。
量子雷達(dá)。目前我國(guó)已研發(fā)下來(lái)，借助糾纏的辦法可以達(dá)到很高的靈敏度。量子成像也在發(fā)展，理論上可突破衍射極限。
在量子計(jì)算機(jī)這個(gè)層面，隨著半導(dǎo)體元件的規(guī)格接近納米級(jí)，電子的運(yùn)動(dòng)不再遵循精典數(shù)學(xué)學(xué)規(guī)律，一定會(huì)出現(xiàn)技術(shù)革命，量子現(xiàn)象就可能會(huì)被運(yùn)用；另一方面，小型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后，煤耗與散熱巨大，而量子熱學(xué)中存在的可逆估算可將熱量升高。
量子通訊產(chǎn)業(yè)的特征：量子通訊是對(duì)目前傳統(tǒng)通訊技術(shù)的一種重要的補(bǔ)充，而不是全面的取代；量子產(chǎn)業(yè)的門檻比較高；核心技術(shù)正在突破中，學(xué)術(shù)的爭(zhēng)辯至今沒(méi)有結(jié)束，產(chǎn)業(yè)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)都比較大；市場(chǎng)上有一大片冠以“量子”的產(chǎn)業(yè)不乏“魚(yú)龍混雜”成分。
“墨子號(hào)”只是開(kāi)始，中國(guó)科技正從跟蹤向推動(dòng)跨越，中華民族將對(duì)人類科技發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
嘉賓對(duì)話
日本、歐共體個(gè)別項(xiàng)目的居前與失去優(yōu)勢(shì)和科學(xué)決策機(jī)制有關(guān)
李淼：昨天講演中，多次提及了中國(guó)目前的科研決策中“國(guó)家行為”，它的優(yōu)勢(shì)十分有利于做像“墨子號(hào)”這樣先鋒式的探求和實(shí)驗(yàn)，這一點(diǎn)我感同身受。第一顆先導(dǎo)衛(wèi)星“悟空號(hào)”同樣受惠，亞裔科學(xué)家丁肇中先生在英國(guó)主導(dǎo)偵測(cè)暗物質(zhì)的AMS02實(shí)驗(yàn)，但在明天的法國(guó)很難發(fā)射這樣一顆衛(wèi)星。特朗普近期已宣布要縮減科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)費(fèi)。
在英國(guó)，一般由科學(xué)家提出計(jì)劃，之后層層上遞到議會(huì)和首相，恐怕都會(huì)遭到政見(jiàn)不合的膠著戰(zhàn)，法國(guó)須要整個(gè)歐盟來(lái)集體決策，執(zhí)行力都會(huì)大大增長(zhǎng)。就我的研究領(lǐng)域，一年多前日本人宣布偵測(cè)到了引力波，她們想去太空做實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃早已申報(bào)了20年，在歐盟也是五年前才剛才通過(guò)。這說(shuō)明中國(guó)在決策方面有優(yōu)越性。
國(guó)家支持、開(kāi)放新政、多元平臺(tái)確保我們決策的先進(jìn)
王建宇：六年前，不少人埋怨我們的科技比較浮躁，西方國(guó)家怎么鼓勵(lì)原創(chuàng)。通過(guò)“墨子號(hào)”工程，好多人都改變了認(rèn)識(shí)。這幾年，中國(guó)的科技發(fā)展確實(shí)非常快。新世紀(jì)后我每年出席的科大學(xué)院工作會(huì)上，近三年只有國(guó)際領(lǐng)先項(xiàng)目能夠上會(huì)討論。不僅國(guó)家支持外，還得益于我們的開(kāi)放新政，像李淼老師這樣的海歸都回去了，美國(guó)單獨(dú)做和在國(guó)外你們一起做還是不一樣，科技的合作優(yōu)越性又彰顯下來(lái)了。另外，日本的審批制度中有時(shí)未必完全是科學(xué)性在起作用，參雜著利益斗爭(zhēng)，但在中國(guó)，起碼從科學(xué)家到領(lǐng)導(dǎo)人，都是視該科研是否真正在國(guó)際前沿，能夠真出結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。
我認(rèn)識(shí)潘教授半年不到，科大學(xué)就啟動(dòng)一個(gè)有史以來(lái)最大的項(xiàng)目來(lái)驗(yàn)證此事的可行性，一下子就組織一個(gè)各類人才的隊(duì)伍，這些速率和技巧在美國(guó)不太可能。
但國(guó)家現(xiàn)今雖然還是資源少，因而，項(xiàng)目都是好中選優(yōu)。諸如量子通訊和量子計(jì)算機(jī)是國(guó)家重大專項(xiàng)，先做科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，下一步一定要從實(shí)用角度去努力，珍視好國(guó)家對(duì)你的支持。
激光領(lǐng)域和半導(dǎo)體領(lǐng)域，中國(guó)當(dāng)初不落后到失去商機(jī)
李淼：中國(guó)科學(xué)和專家體量越來(lái)越大，要想推動(dòng)國(guó)際，國(guó)家就必須選一些有可能突破的方向持續(xù)支持。前車可鑒，改變了生活及商業(yè)的激光領(lǐng)域，中國(guó)人在德國(guó)人以后作出激光器，后來(lái)沒(méi)有持續(xù)經(jīng)費(fèi)的支持，就失去了科學(xué)和商業(yè)先機(jī)；半導(dǎo)體，我們?cè)疽膊宦浜蠖嗌伲覜](méi)有選擇性跟上，現(xiàn)今芯片60%是進(jìn)口。量子估算和量子通訊，如今雖然在實(shí)驗(yàn)室階段，但假如有持續(xù)支持，直至突破為民用，會(huì)給國(guó)家?guī)?lái)巨大的改變。
實(shí)驗(yàn)的時(shí)間有限，月球同步衛(wèi)星是下一步目標(biāo)
李淼：我如今更多時(shí)間在做科普。討教王教授，“墨子號(hào)”要在太空里做量子通訊的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次通訊可持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間？所含比特量多大？
王建宇：現(xiàn)今用的是太陽(yáng)同步軌道衛(wèi)星，繞著地球轉(zhuǎn)一圈大約100分鐘。每晚一個(gè)地方只過(guò)兩次，晚上一次，白天一次。做通訊實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)條件：衛(wèi)星要看得到，背景不能太亮。為此，每位地面站三天最多做一次實(shí)驗(yàn)，最長(zhǎng)10分鐘左右，多則幾百秒，少則幾十秒，甚至十幾秒。多少比特量？設(shè)計(jì)指標(biāo)是要超過(guò)每秒鐘1K，后來(lái)能達(dá)到每秒到十幾K，小規(guī)模的秘鑰應(yīng)用已然夠了。如每年能形成1G的秘鑰，能夠滿足國(guó)家好多方面的需求了。
怎么突破？須要設(shè)計(jì)一個(gè)中高軌衛(wèi)星，高度到36000公里叫月球同步軌道衛(wèi)星，如燈高懸在頂隨時(shí)可用。晚上能夠做？可以考慮用極窄光學(xué)混頻或則隔離技術(shù)，把光混頻器的帶寬做得極窄，就有可能。這兩個(gè)技術(shù)有待今后幾年突破。
四個(gè)基站三層目標(biāo)的不斷挑戰(zhàn)，完全領(lǐng)跑于國(guó)際
李淼：為何要建四個(gè)基站？
王建宇：這有一個(gè)過(guò)程，2007年潘教授設(shè)的目標(biāo)只是能弄成世界第一個(gè)秘鑰分發(fā)；2011年地面湖南湖實(shí)驗(yàn)做得很成功，科學(xué)家要求就增強(qiáng)了：量子糾纏中“貝爾(Bell)不方程破缺”的驗(yàn)證是全世界矚目的難點(diǎn)，我們能夠放起來(lái)做？我說(shuō)風(fēng)險(xiǎn)特別大，他說(shuō)作為拓展項(xiàng)目；過(guò)段時(shí)間他看做得挺好又說(shuō)，能夠把隱型傳態(tài)也做進(jìn)去？就叫額外任務(wù)。這樣的結(jié)果是我們領(lǐng)先了好多年。
“三只鞋上地球”的比喻來(lái)理解隱型傳態(tài)原理
李淼：我提議給王教授鼓掌。我解釋一下量子態(tài)隱型傳輸，原理說(shuō)上去很高深。我把一個(gè)粒子比喻成鞋，我想把雙腳襯衫送到月亮起來(lái)，但量子不可克隆，我怎樣送？隱型傳輸想了20多年，有了絕妙之法。我先找一對(duì)量子襯衫，把其中一只送到地球上，我不曉得左右，但量子糾纏告訴我們一定是一只左一只右，如今拿第三只鞋子不管是左右，我想送到地球上，把第三只鞋子跟我手里所剩一只比較，全是右其實(shí)地球的是雙腳，就讓地球的翻過(guò)來(lái)，假如第三只鞋子是雙腳，我手里原本有一只，假設(shè)是右我是雙腳，一看肯定是一左一右，這個(gè)好理解，由于第三只鞋和留在手里的配對(duì)了，而地球上的那只原本也和留在手里的鞋配對(duì)。說(shuō)上去很簡(jiǎn)單，道理很深。
大家不理解的話，把我的故事反反復(fù)復(fù)想兩遍。
隱型傳態(tài)投入民用將實(shí)現(xiàn)了不起的破壞和恢復(fù)
王建宇：能夠舉個(gè)反例，隱型傳態(tài)怎樣真正步入應(yīng)用？
李淼：假如我想傳輸?shù)南到y(tǒng)是量子態(tài)的，例如量子態(tài)的我傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方，必須在這個(gè)地方把我破壞掉，把破壞掉的信息通過(guò)我昨天說(shuō)的三只鞋的故事分發(fā)到另外一個(gè)地方去，另外一個(gè)地方可以把我的態(tài)或則我的人完全恢復(fù)。這告訴我們兩件事，量子態(tài)的我不可能拷貝成兩個(gè)李淼；假如想把我傳輸?shù)酵馐∪ィ仨毎驯镜乩铐禋绲簦谌齻€(gè)地方恢復(fù)。假如可以實(shí)現(xiàn)的話十分了不起。
量子計(jì)算機(jī)可能在50年左右實(shí)現(xiàn)
王建宇：一位資深專家說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)可能是今天做下來(lái)，也可能是一千年之后做下來(lái)，如何理解？
李淼：算盤是精典計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)是體量、容量放大的算盤，電路上面每位邏輯門開(kāi)和關(guān)就是算盤上面的算盤珠。算盤珠只有兩個(gè)態(tài)，出現(xiàn)和不出現(xiàn)，而量子估算不是算盤珠了，它的不確定性原理決定了量子有無(wú)窮多個(gè)態(tài)，可出現(xiàn)也可不出現(xiàn)，機(jī)率就在0和1之間，累加后會(huì)有好多好多量子比特。假如把精典估算比喻成走迷宮的一條道，那迷宮只有一條道走出去，量子估算是同時(shí)走所有的道，像1可出現(xiàn)也可不出現(xiàn)，也可同時(shí)出現(xiàn)，而且機(jī)率不一樣，你可同時(shí)走所有的可能性。以倒水為例，這杯水嘗試了所有道，量子估算就是倒一杯水的過(guò)程，肯定有一條效率最高的通道。
究竟何時(shí)可以實(shí)現(xiàn)，近來(lái)我比較豁達(dá)，要做量子估算要到微觀層面上實(shí)現(xiàn)量子態(tài)，并且保留足夠長(zhǎng)的時(shí)間，把估算過(guò)程完成對(duì)科學(xué)家是最大的挑戰(zhàn)，有可能估算仍未完成，量子態(tài)才會(huì)破壞掉，現(xiàn)今用離子井可讓量子態(tài)保留足夠長(zhǎng)時(shí)間。我預(yù)測(cè)10年實(shí)現(xiàn)不了，應(yīng)當(dāng)是50年之內(nèi)。