星际穿越可以实现吗？听潘建伟院士怎么说

“在很多科幻作品里，都有这样一个令人神往的情节——利用某种神秘装置，人可以瞬间被传送到宇宙中遥远的其它地方。这样的技术真的有朝一日能实现吗？量子技术可以做到吗？”

面对科大附中的高中生提出的这个问题，潘建伟院士给出了自己的看法：“量子力学理论本身还在发展，目前看来，至少它原理上没有禁止其实现。关于星际旅行的实现方法，人们大致有一些想象，在我看来，如果将来真的被证明可行，我认为大概率还是要通过量子隐形传态”。

虽然星际旅行目前还是幻想，但是现代科学已经让很多神话传说中的想象变成了现实。吴承恩笔下的“顺风耳”、“千里眼”，因为有了电动力学，早已成为普通人的日常；“天上一日、地上一年”的设定，也已被相对论证实。而孙悟空出神入化的“分身术”和“筋斗云”，正是量子世界里奇妙现象的形象表达。

在自己研究的领域，让小时候最爱读的神话故事变为现实，对于中国科学院院士潘建伟来说，有着别样的神奇体验。昨日，在墨子沙龙活动现场，潘建伟院士以一场名为《从爱因斯坦的好奇心到量子信息科技》的报告，跟科大附中的小观众们分享了自己对量子研究的感悟。

量子是构成物质的最基本单元的全称，量子世界的规律——如量子叠加、量子纠缠，神秘莫测，至今科学届也普遍认为“没有人真的懂量子力学”。费曼想要在世界末日留给后人的那句“世界是由原子构成的”，也说明了微观世界的丰富内涵。

有趣的是，量子力学不仅带来了思想和哲学上的突破，更带来了现实世界里技术上的飞跃。我们今天的电子产品、信息技术、导航系统、激光、核磁共振等相关技术，都是上个世纪“第一次量子革命”中催生出来的成果；而目前正在展开的“第二次量子革命”，针对信息科技进一步发展面临的重大问题，早已做好了准备。

量子通信是一种原理上无条件安全的通信方式，可以有效解决信息安全传输问题；量子计算与模拟，可以其超快的计算能力，揭示复杂系统规律，满足人工智能、大数据等的计算能力需求。量子技术正被用来突破经典信息技术的瓶颈，在解决人类重大需求的方方面面，显示出独特的生机和活力。

而潘建伟自己，从初识量子力学神秘的学生，到留学奥地利，与同事合作完成世界上的首次量子隐形传态工作的量子信息领域研究者，量子像一本永远读不完的书，始终吸引他不断探索未知的更深处。

作为量子领域的科学家，做出好的科研无疑给了潘建伟很大的满足感，而最令他感到自豪的，是在自己的祖国，中国人自己的团队做出了好的科研。

2001年，潘建伟从奥地利回到中国科大，组建了量子物理与量子信息实验室，为了更好地开展多光子纠缠操纵的实验研究，他安排年轻的学生们分赴世界各地一流的实验室学习前沿的科学和技术。至今，潘建伟仍记得2009年的国庆，自己在人民大会堂观看大型音乐舞蹈史诗《复兴之路》，感慨良多，给海外的学生们发信息，鼓励他们努力学习，“早日学成归国，为民族复兴、科大复兴尽力”。

学生们没有辜负他的期待，2010年前后，他们从世界各地陆续回到中国科大，形成了一支优势互补的团队，走在了量子信息领域的世界前沿。

在基础研究方面，潘建伟团队在量子通信、量子计算和高精度测量等方面的研究成果，多次被诺贝尔物理学奖、沃尔夫物理学奖等重要奖项的官方解读所引用，我国在量子信息领域的重大成果，尤其是“墨子号”量子卫星的成功实施，推动了该领域得到国际学术界的高度重视。

在实际应用方面，团队于2012年建成实用化城域光纤量子通信网络，而针对远距离量子通信面临的挑战，团队采用基于可信中继的城际量子通信网络方案，国家发改委“京沪干线”光纤量子保密通信技术验证与应用示范工程于2017年9月正式开通； 2022年9月国家广域量子保密通信骨干网项目全线贯通 ，总长超过10000公里，覆盖17个省份约80个城市；而自由空间量子通信，则是远距离量子通信更有效的解决方案。

团队于2003年提出卫星量子通信的构想，希望利用大气层以外的自由空间，降低光子的损耗和退相干。为此，团队开始了艰苦卓绝的一步步验证，通过13公里自由空间量子纠缠和密钥分发实验、16公里自由空间量子隐形传态实验，证明了光子在穿透大气层后，其量子态能够有效保持；通过百公里级自由空间量子纠缠分发和量子隐形传态实验，证明了在高损耗星地链路中进行量子通信的可行性；为了保证实际卫星运动姿态下进行星地量子通信的可行性，高精度的捕获、指向、跟踪技术、高灵敏的信号探测能力，任何一项技术都不能拖后腿。最终，2016年成功发射了世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”，“墨子号”三大科学实验任务——千公里水平的星地双向纠缠分发和贝尔不等式检验、星地量子密钥分发、地星量子隐形传态，都已经顺利完成，北京和维也纳之间的7600公里洲际量子通信也圆满实现。未来，将通过太空中低轨、高轨的卫星组网，配合城域量子通信网络和城际量子网络，实现天地一体化的广域量子通信保密体系，推动量子通信技术在国防、政务、金融和能源等领域率先加以广泛应用，实现量子通信网络和经典通信网络的无缝衔接。中高轨量子卫星，还将被用于构建高精度广域时频传递网络 、建立超高精度空间光频标等基础研究中。

在量子计算方面，团队于2022年，成功研发76个光子的量子计算原型机“九章”，处理高斯玻色取样问题比当时最快的超级计算机“富岳”快10万倍，实现国际上首个被严格证明的“量子计算优越性”；后续的“九章二号”、“九章三号”性能持续提升，并开始具备部分编程能力；团队于2021年构建了包含62个比特可编程的超导量子处理器“祖冲之号”，并很快升级到66个量子比特，实现了随机线路取样问题的快速求解，比最快的超级计算机快10万倍，计算复杂度比谷歌“悬铃木”高6个数量级，目前已实现最大规模的51比特纠缠。我国已成为目前唯一在两种物理体系都达到“量子计算优越性”里程碑的国家。

对于未来，潘建伟认为，正在发展中的量子科学和技术可以有很多可能，他希望中国的年轻科学家们，可以利用量子精密测量，探索宇宙更深处的奥秘，也希望可以利用专用量子模拟机，解决若干超级计算机无法胜任的具有重要实用价值的问题，甚至研发出通用量子计算机，探索对密码分析、大数据分析等领域的应用。

而对于台下的中学生们，潘建伟院士说：“每个人喜欢的领域不一样，最后学习和从事的领域也会不一样。但是，希望同学们可以多学习一些物理，因为，物理学与哲学紧密相连，当你以一个物理学家的方法去思考，可能会发现一种更加全面和强大的工具来解决你遇到的问题。”

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