潘建偉
新浪科技訊10月29日午間消息，2017未來科學大獎頒獎儀式暨未來峰會峰會在京召開。中國科學技術學院常務副院長，中國科大學教授，2017年未來科學大獎物質科學獎得獎者潘建偉作主題講演。
潘建偉覺得，從某種意義上來講，量子熱學和牛頓熱學有相像和不同之處。牛頓熱學或則是精典電動熱學均屬決定論，“預測所有的現象是決定的”，而且量子熱學告訴世人，假如有觀測者對這個客體進行觀測，會對這個狀態帶來不可防止的影響。所以，人類本身的檢測行為會對體系的演化發生根本的影響，這造成首次量子熱學介入到了檢測的范疇。
“概念的改變，必然會帶來科技或則技術方面的進步”，潘建偉稱，目前處于第三次產業轉型，在很大程度上來講都和量子熱學緊密相連。諸如化學檢驗相對論，這些技術又可用到GPS和導航方面，“所以雖然在使用GPS時，我們除了用到量子熱學的技術，甚至把相對論和廣義相對論的技術都用到了相關現實應用中”。
這么量子熱學究竟會給人們帶來何等益處？
潘建偉稱，從各個量子熱學基礎上依照觀測數據，會發覺宇宙可能來自于一個大爆燃的起點，大爆燃過程中，中子的碰撞會形成重金屬，有了重金屬才可能有了幾十億年前生命的出現，“所以說不僅帶來信息技術的革命外，量子熱學早已才能初步回答宇宙和人類的起源問題”。
對于量子方面估算成果，潘建偉稱，2012年，首次證明量子估算可以進行。到了2017年五六月份，首次成功實現了一臺可編程的多光子量子估算截擊機，首次趕超了早前的計算機。據悉也實現了十個超導比特的量子芯片。
對于未來，潘建偉提出了三個重點：第一，希望通過五到六年的努力，才能構成和地面的光纖網路，最后產生一個廣域量子通信網路。第二，發展新一代高效視頻傳輸技術，有了這些技術可以反過來檢驗量子熱學。第三，三到七年里，可以實現一百個量子比特的相關操縱。（韓大鵬）
以下為潘建偉講演全文：
潘建偉：特別高興就能得到這個肯定，剛剛施一公講得十分好，我發覺你們做的好多事情都和化學聯系在一起，在座的每一位對科學感興趣的人有一個共同的動機，我想討論一下探求的動機，這是我明天講演的題目。雖然所有的科學內容，某種意義上來講，它都是跟這個話題緊密相連的。我們從那里來，我們要到那里去？所以這個問題延續了很多很多年，為了回答這個問題的第一種可能性，雖然是來自于宗教。這么，我們曉得最早企圖，比較系統的來探求我們從那里來，到那里去的時侯，雖然新約給出了一種可能性，說上帝創造了宇宙，創造了萬物和人類，某種程度上來講，這個新約是目前為止營銷最好的一個學說，假如稱作學說的話。由于像在新約里所講的那樣，我們當時有好多種人，有貴族、平民、奴隸，新約告訴我們，我們是上帝創造的，無論是貧富，尊卑，黃人，白人，白種人，都是兄弟，都是上帝的子民。生活困厄的努力很容易接受這個學說，有了這個學說之后我們心理覺得比較幸福，我們都有上帝管著我們，比較安寧。十分不幸的是，隨著我們的科學發展，我們帶來了第一次科學革命。這么，從哥白尼開始，他寫了天體行論，強調月球不是宇宙的中心后來伽利略用望遠鏡觀測天文的現象，進一步否認了，試驗和物理的方式研究自然的規律，進一步證明了哥白尼日新說的觀點，最后在大量的數據的收集獲得了好多的規律，這個基礎上，到了1686年，法國的一位科學家，牛頓寫了一本專著稱作自然哲學的物理原理，這兒他告訴我們或許我們所見到的各類各樣的熱學現象，最后都可以統一成為一個簡單的共識，F=FA，并且告訴我們有了這個公式之后，加上萬有引力的公式，我們連星辰的都可以估算的。昨天來自于多倫多學院的院長也構建了麥斯威爾多項式，告訴我們所有光、電磁的現象都可以統一為多項式組，這就帶來了人類歷史上第一次科學革命。
當時這樣一個精典化學學，常常會給我們帶來困擾，這個上面告訴我們，一旦我們體系的初始狀態是事先確定的話，所有的離子的未來運動狀態，都是可以精確預言的，例如說一切風波，包括明天的大會，我究竟能不能這個未來科學大獎，雖然老早就可以估算下來，早已確定好的，當然個人的努力是毫無意義的。并且牛頓又告訴我們時間是均勻流逝的，無始無終，空間也是均勻的，無限大。這個過程中我們宇宙究竟有沒有起源，是不是永遠都是這樣呢？是不是始終這樣下去呢？我們都說不曉得，所以精典化學學本身解決了好多的問題，而且，它也帶來了那么一個困擾。
十分有意思的，到了上一個世紀初，隨著普朗克提出了量子論，統一的微觀世界的規律，愛因斯坦提出了相對論，告訴我們時間和空間相對，這個基礎上我們帶來了第二次科學革命，其中一個最主要的內容是量子熱學，量子熱學主要是研究微觀世界的科學規律。雖然所謂的量子，我們剛才所提到的，原子、分子、光子都是屬于量子的范疇。哪些是量子呢？量子是構成物質的最基本單元，是能量的最基本攜帶者，并且有一個基本的特點，是不可分割的。哪些不可分割呢？例如說我們一瓶水，喝到最后剩下成份之一，四分之一，八分之一，最后弄成一個一個水份子了，沒有辦法拿刀切一下，弄成二分之一，原先的物理就不可組建了，這樣構成物質世界的基本單元和每晚的生活有不一樣的性質，我們日常生活中有一只貓，死或則是活兩個狀態，我可以用這兩個狀態加載一個比特的信息，微觀世界上面量子熱學告訴我們微觀世界的貓同時可以處于死和活狀態的疊加，不僅僅是處于0或則是1，可以0和1狀態的相關疊加，這是量子熱學的基本原理潘建偉 量子通訊，死和活的疊加哪些意思呢，例如說我去法蘭克服旅行，然后來上海得獎潘建偉 量子通訊，我中間睡覺了，我不曉得順著哪一條路回去的，到了上海之后我在機場睡醒了之后我發覺我又冷一個熱，這是十分奇怪的狀態，我為何這個人處于兩個狀態呢？下一次我飛行過程中始終觀測這個路線，我發覺我有一半的機率是倍感四肢嚴寒，從俄羅斯回去的，還有一半的機率從新加坡過來的，一萬次的話，五萬次美國過來，五萬次俄羅斯過來，我不看的話是兩種狀態的疊加，再看它的話是順著某一種確定的狀態，這些簡單的剖析告訴我們，量子客體的狀態會被我們檢測所影響，其實你們可能會覺得我是胡謅八道，我們每晚生活中你們常常坐客機，常常睡著，從來沒有碰到過這些現象，你這樣講就不對了嗎？子力學哪些時侯會出現這些現象呢？由于平常你在客機上睡覺了，你對面的這個人沒有睡覺，你后邊人睡覺了，飛行員沒有睡覺，飛行員睡覺可能空少沒有睡覺，只有宇宙中每一個機器，每一個客體都沒有辦法告訴你你在哪些地方的時侯，量子熱學告訴我在某一些特定的條件下，他是可以處于這樣的相關疊加的狀態，這個地方的剖析告訴我們，量子客體的狀態會被我們的測量所影響，你去看了它，它和原先的狀態不一樣了。
這么某種意義上來講，量子熱學和牛頓熱學相比，她們倆有一個十分積極的地方，由于牛頓熱學或則是我們精典的電動熱學是決定論的，預測所有的現象是決定的，而且量子熱學告訴我們，假如有觀測者對這個客體進行觀測的話，會對這個狀態帶來不可防止的影響。所以，我們人類本身的檢測行為會對體系的演進發生根本的影響，所以首次量子熱學介入到了檢測的范疇。
其實，這樣的概念的改變，必然會帶來科技或則技術方面的進步。所以雖然我們現今科技為代表的第三次產業轉型，在很大程度上來講，都是和量子熱學聯系在一起的。譬如說在原子彈過程中為了估算便捷發明了現代意義上的通用計算機，把數據很便捷的向全世界的學者分發，我們又發明了互聯網的雛型，化學檢驗相對論我們又發展原子的技術，這些技術隨著后來我們又可以用到GPS和導航方面，所以雖然在GPS的時侯我們除了用到量子熱學的技術，甚至把相對論和廣義相對論的技術都用到了相關現實應用中。
量子熱學給我們帶來了益處，例如說信息技術的革命，初步給我們回答了我們宇宙有沒有起源，各個量子熱學基礎上我們依照觀測的數據，我們發覺我們宇宙可能來自于一個大爆燃的起點，某種意義上，根據目前的力量，宇宙誕生基點的爆燃或則是量子把握，也就是說我們當時延續的幾千年，幾萬年的問題，總算漸漸的可能加以解答了。這個上面，大爆燃過程中一秒鐘發生哪些事，三分鐘哪些事，三十萬年有原子的產生，中子的碰撞會形成重金屬，有了重金屬可能才可能到幾十億年之前生命能夠出現，所以它早已可以有量子熱學的進展之后，不僅帶來信息技術的革命之外，早已才能初步回答一下我們宇宙和人類的起源問題了。其實，就是說有了這種成就之后，我們做量子化學的人，并不是完全滿足于上面的這種成就，愛因斯坦對這只貓又做了進一步的研究，一只貓處于這樣一個十分奇怪的，又死又活的狀態，同時的。假如兩只貓的話，假如是處于活活加死死的狀態的話，會步入一種哪些樣的概念呢？量子糾察自然形成了，有如此兩只貓以后，例如說兩個色子聚首十分遙遠，一個四川一個上海，我們做試驗的時侯，每次實驗中會形成相同的結果，這樣的結果我們把它稱作量子糾察，或則是說愛因斯坦的觀點來講，就是在遙遠地點之間存在著這樣一種惟一的互動。
所以愛因斯坦十分不喜歡這樣的一種上帝扔色子的行為，他覺得物質狀態你沒有檢測之前就存在，但是把檢測的影響減少到無窮小，所以他說上帝是不玩色子的，并且過而告訴他不要他上帝能做哪些，不能做哪些，這個爭辯引出了愛因斯坦1935年特別有名的文章，量子文學對化學世界的存在是完備的嗎，29年以后你們對愛因斯坦的觀點和量子非知性的矛盾作出檢驗，哪些是量子非知性，哪些是量子實在論呢，假如有這樣兩朵花，原本是花朵，依據愛因斯坦的定義，這個花的顏色和味道在檢測前就早已確定好的。跟你是不是去測量是沒有關系的，你去檢測它就可以檢測下來影響，增加到無窮小。這么，然而量子熱學告訴我們花的顏色和味道，由于它們處于這樣一種糾察態的，檢測之前完全不確定，一朵花的顏色和結果，會損害另外一朵花的顏色和味道，我雙眼看每次看第一朵花是白色的，再看第二朵花這是紅色的，這是基本的性質，同時我可以用眼睛聞一下，兩側都嗅到了玫瑰花的香氣，之后又進一步嗅到了藍花的香氣，這兩種觀點沒有辦法證明誰的觀點是對的，你不曉得檢測之前的狀態是哪些，最后見到的結果，你們都一樣，你也可以覺得沒有確定，你也可以覺得事先是確定的，1964年的時侯，（日文）提出了波爾不方程，雖然這樣的后面的統計情況下，量子熱學和定域實在論的預言是一樣的，我們那邊看花的顏色，這兒聞一下花的香氛，我也做一個數學量的話，我們可以十分便捷的建立這些所謂的波爾不方程，這個不方程告訴我們定域實在論大于等于2，量子熱學的最大值對于這個檢測可以到2，所以有了這個問題然后我們可以對定域實在論是對的，還是量子熱學非定論是對的，做一個檢驗。70年代開始，到80年代，90年代，2015年，你們圍繞著這個方向做大量的檢驗。所有的試驗都證明了量子熱學是正確的，而且還存在著一些漏洞。
雖然我們目前為止量子熱學的非定性檢驗還沒有結束，而且早已為第二次量子革命的誕生奠定的基礎。我們可以說哪些為了易于你們理解，哪些是第二次量子革命我們做一個對比，從前的遺傳學規律被動觀測，種瓜得瓜，種豆得豆，到前面我們曉得所有的遺傳的規律是由DNA雙鏈結構來控制的，對分子結構可以控制分子的現況，我們量子信息也是這樣的，從前的信息技術都是基于對量子的被動觀測，目前我們就能對量子狀態進行主動操縱的，借助它可以來做所謂的量子信息了，他的幾個主要的應用，就是說剛剛丁洪院長早已介紹的，一個我們可以用量子通信來實現一種原理上無條件的，安全的通信形式，量子估算可以實現一種超快的估算能力來解釋各類各樣的復雜系統的規律。
具體來說借助它我們可以比較好的解決目前信息技術的兩個困局問題，在量子通信下來之前，我們曉得所有的傳統信息安全的算法都是依賴于技術復雜度。所謂加密算法，隨著估算能力的提升，原則上都是可以被破解的，目前為止有被1999年破解了，有一些廣泛應用的算術也被微軟破解了，隨著晶體管的規格漸漸接近納米量級，我們的量子效應將起到主導作用，所以我們十分無法來繼續定義哪些是0，哪些是1，隨著接近納米規格的時侯，這個晶體管的電路原理將不再適用，并且借助所謂的量子通訊，我們剛剛提到了，你去檢測會改變它的狀態，所以這是必然才能發覺，借助它我可以實現不可統一的量子通訊。
借助所謂的信息的傳輸，這兒由于時間的關系我做只做一個科普圖，我把一個許多粒子組成的科普狀態，從南京到上海，用最快的方法，讓成都和重慶之間先享有好多的糾纏物質，我可以在成都得到檢測，我得到信息之后，掃描完了之后傳到南京，這么我可以對這番物質做一點超重，我可以把有好多粒子構成的化學系統的狀態直接傳送到上海，而不把數學系統傳過來，其實要傳十分復雜的數學系統要好多年時間，這個東西本身早已可以拿來做分布式的量子信息處理了。這個東西，就直接的構成了量子估算的最基本的操作。
所以借助這樣一個相干疊加的一種信息在一個網路上面走來走去我們可以構造一種估算能力隨著可操縱的量子比特數呈指數成長的大數分解，例如量子計算機，借助大數分解的量子計算機可以比精典的計算機，這兒舉一個反例，借助三百位大數的話，量子計算機只須要一秒鐘就可以了，萬億次的精典計算機須要15萬年，這樣的話在大數據，人工智能上也會特別有用。1984年量子分發手段提出來以后，第一個試驗是1992年做的，IBM做的試驗，大約30分米左右，此后你們在光纖里把這個距離傳輸到一百多公里，而且所有的這種試驗都存在著一個問題，在現實條件下，由于這個元件不完美存在著幾個漏洞，例如說因為光源的不完美，監聽者可以借助多光子風波來監聽我們要的信息，因為我們接受端偵測器的不完美，使用強光功擊改變偵測性的狀態，完全控制偵測性的檢測結果，2000年，2010年這兩個工作告訴我們，我們怎樣才才能把這兩個量子秘鑰分發的手段弄成現實可能。到了2005的時侯，有幾位亞裔科學家，有兩位在復旦學院工作，及她們提出一個方案，2007年的時侯及我們在這個方案的基礎上借助所謂的（右片太音）的技術，把分發距離拓展到了一百公里，然后在（落開萬音）提出的理論基礎上，我們2013年首次實現了和檢測技術相關的分發，可以針對一切偵測器的功擊，近來我們今年的結果，點對點的量子分發的距離已然達到了四百公里。所以可以挺好的支撐我們在一個城域網上面的相關的應用。
所以這個技術的支持上，我們有一些系統在2012年早已在南京投入了永久性使用，去年的9月份，這個早已在上海做了更大范圍的相關使用。一百公里挺好，四百公里挺好，當我們真正感興趣是要做到全球化的，幾千公里，或則是幾萬公里，這個時侯我們遇見一個難點了，主要的難點是由于量子信息本身是不能被復制的，你去檢測它會發生變化，所以光纖上面傳遞的時侯，訊號會顯得越來越微弱，四百公里之后我就再也沒有辦法往下做了。所以假如說我們用新的手段，只是在一個寬度為一千兩百公里當中，廣州傳到北京的話，我雖然每秒鐘百億發生率的理想光子源的話，這樣一個距離遠距離拓展中是沒有哪些用的。這樣的話雖然我們就開始被迫思索另外一種解決方案，我們說能不能借助所謂的衛星來做基于自由空間的那么一個量子通訊。由于在自由空間的內層，外邊是真空，所以對大氣，對光沒有哪些吸收。之后外太空也沒有哪些大氣本身五到十公里，光子穿破大氣以后還能否存活的話，我們也許可以用這些手段做全球化的量子通信。
這樣2003年提出那么一種自由空間量子通信的該項，2004我們在南京做了一個試驗，我們驗證了光子在穿透大氣層后能有效的保證，或許我們可以繼續的向前走。到2012年的時侯我們驗證了在衍射極限的情況下，光有衍射極限的影響，會漸漸的變大，變大之后耗損會越來越大，我們高耗損過程中我們也發覺了耗損達到80個DB，我們也是可以做的，后來進行合作，進行地面的試驗，各類運動狀態可以被克服的，這個試驗的基礎上我們開始忠于發展（金子音）技術。我們發明了超高靈敏的能量試驗率的技術，你們在月球上劃一個火柴，我借助這個機器可以清晰的看見。另外是超高靈敏的空間區分技術，假如我們去看衛星上軌道上，假如漂浮一輛車輛，這么它的車牌也可以看得清清楚楚，借助這樣的技術以后我們可以來研發衛星了。2003年，經過十多年的努力，我們的2016年的8月份，總算發射了首顆量子試驗衛星，我們接出來舉辦我們相關的試驗任務，第一項任務來實現借助衛星，實現西安到廣州之間的千公里量級的分發，增強了20個數目級，此后我們又為了才能在空間尺度驗證才能嚴格滿足愛因斯坦地域性條件的量子非知性檢驗，我們發覺1200公里的情況下，愛因斯坦的量子熱學非知性還是挺好的存在的。另外我們實現了千公里量級的試驗，可以把地面的量子狀態傳到衛星起來，并且同時并沒有把地面上的物質傳到衛星上，驗證如此一個相關的試驗。這么到目前，我們在去年年末，在九月末早已實現了上海和維也納之間洲際的量子通信試驗，通過國際的大科學計劃，我們和美國等國家也在舉辦相關的合作，在進行洲際量子網路的相關試驗。
最后簡略講一下我們量子估算方面的結果，不僅量子通信上面我們做了一些工作以后，2007年開始在過去的六年中我們幾乎實現了所有重要量子算法的試驗驗證，2012年，為了圖靈一百華誕的時侯，我們專刊上取得了比較好的結果，首次證明量子估算是可以進行的。所以到了去年的五六月份，我們早已首次的成功的實現了一臺可編程的多光子量子估算截擊機，首次趕超了最早那幾臺計算機，例如說晶體管的計算機。其實了，我們還有很長的路要走。
同時，我們也實現了十個超導比特的量子芯片，這個方面也取得了一些比較好的結果。
量子估算，近日，我們可以優化我們的網路和交通，也可以理解復雜的環境，另外是量子玻爾茲曼機的衍生可以加速機器學習的訓練速率，量子估算在近日會有一些比較好的應用。
最后做一個總結，我展望一下我們將來要做的事情。第一，我們希望還能通過五到六年的努力，才能構成一個和地面的光纖網路，最后產生一個廣域的量子通信網路，另外我們也可以來發展新一代的高效的視頻傳輸技術，有了這些技術之后我們可以反過來檢驗一些量子熱學非定性的終極檢驗，同時也就能對廣義相對論和量子引力的模型作出一些相關的檢驗。這么量子估算方面，我們大約在三到七年上面就能實現一百個量子比特的相關操縱！達到這個時侯，對于某一些特定問題的估算和求解，就能否達到全球估算能力組合的一百萬。所以它的功能是十分好的。
這么，最后，我樂意作為一個總結，好多年前我看過一本書，這本書1609年的時侯，開普勒給伽利略寫了一封信，應當建造適宜駛向神圣天空的船與帆等等，經過了三百多年，我們人類首次步入了太空，1969年我們首次登月了，不妨講一講，1997年首次實現了單個離子的傳態，六年以后由經過了多個粒子的傳態，再過了六年可以把量子態傳輸千公里以上了，其實幾六年，幾百年，幾千年以后我們可以借助這些手段來做這樣的星際履行，誰曉得呢？其實，與此同時，我們說昨天我講的，牛頓的精典熱學是決定論的，我們用到計算機本身，也是決定論的。所以她們沒有辦法解釋意志的起源，人有意識的問題，這個新科學家的觀點，他說其實我們的腦部，通過對量子計算機和量子熱學基礎問題檢驗的研究，由于量子熱學第一次把光測子的意識和演變解決上去了，通過這個研究我們來了解一下量子熱學和意識形成可能是有關系的。量子估算其實在將來對我們的腦部的研究也就能做一些相關的事情。
所以，現代科學的誕生，經過幾百年以后，雖然我們早已到了如此一種境界了。我們原本是一個豪無生命的世界最后，漸漸的進化出雙眼，可以反過來回饋我們的光照世界，我認為這可能是每一位科學者的最終要來做科學的一個目標，感謝你們。
該獎項由北極光風投創始人兼監事總總監鄧鋒、龍湖集團監事長吳亞軍、中澤嘉盟投資基金監事長吳鷹、真格基金創始人徐小平等捐建。