在近日舉行的“2016年上海院士峰會”上,，中國科學院院士潘建偉表示，在量子通信領域,，希望通過10到20年的努力,，構(gòu)建一個天地一體（星地）的全球化量子通信網(wǎng)絡；通過50年甚至100年時間,，最終構(gòu)建基于量子安全保障的未來通信網(wǎng)絡,。
10到20年構(gòu)建全球星地量子通信
量子理論從誕生起就跟信息科技緊密相連，催生了計算機,、互聯(lián)網(wǎng),，現(xiàn)在又為解決大數(shù)據(jù)時代計算能力不足、信息安全瓶頸做好了準備,，進入了量子信息科學時代,。
潘建偉在峰會上表示，量子即構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元,，包括分子,、原子、光子等,，不僅可處于二進制狀態(tài)下的0和1狀態(tài),，還可處于中間疊加狀態(tài)；基于其不可分割及疊加原理（量子疊加狀態(tài)下無法測量和無法精確復制）,，可實現(xiàn)原理上無條件安全的通信,，即量子通信,。但鑒于量子態(tài)傳輸?shù)膹碗s性，在網(wǎng)絡中實現(xiàn)量子態(tài)的傳輸也許還要50年甚至100年,。
潘建偉介紹,，在經(jīng)典通信領域，利用量子的不可分割和疊加原理,，進行量子秘鑰的分發(fā),，來實現(xiàn)安全的通信?！拌b于不可分割,，竊聽者無法對光子進行分割獲取信息，如果移走則改變其存在狀態(tài),，我們就知道秘鑰丟失了,。”
但量子秘鑰分發(fā)及傳輸也面臨諸多挑戰(zhàn),。一是光源及探測器的不完美導致秘鑰不安全,，準單光子源（弱光脈沖）只能發(fā)出近似單光子，易于被竊聽者截獲,，且成碼率非常低（每1000秒內(nèi)發(fā)送一個碼）,。潘建偉介紹其團隊通過誘騙態(tài)量子秘鑰分發(fā)、測量器件無光的量子秘鑰分發(fā)解決了上述問題,。二是光量子信息處理面臨遠距離光纖損耗過大,、與環(huán)境的耦合會使糾纏品質(zhì)下降、效率低下等挑戰(zhàn),，光纖中信號無法放大,，即使采用最先進的手段要實現(xiàn)千公里的量子秘鑰傳輸，平均每100年才能傳輸0.3個光子,。
目前,，潘建偉團隊采用可信中繼站和星地量子通信兩條路徑來實現(xiàn)量子秘鑰傳輸。在可信中繼站探索上,，通過中繼器放大信號,，保證秘鑰的傳輸與安全，潘建偉團隊與工商銀行合作的量子京滬干線有望年底建成,，可有效拓展通信距離,。星地量子通信方面，潘建偉團隊通過實驗,，驗證了微弱的量子態(tài)在穿越大氣層后是可有效保持的,，且做到每秒可以傳送1萬個秘鑰，千公里距離量級損耗為40kbps，并于8月16日發(fā)射了星地量子衛(wèi)星墨子號,。
“目前看來,，星地量子傳輸是成熟、實用的技術,，但我們希望最終在地面實現(xiàn)幾千公里的量子通信,。”潘建偉介紹,，“我們希望通過10到20年的努力,，構(gòu)建一個天地一體的全球化量子通信網(wǎng)絡，最后構(gòu)建基于量子安全保障的地面通信網(wǎng)絡,?！睘榇耍私▊F隊正在進行量子中繼的驗證,。截至目前,，其團隊已實現(xiàn)500公里量級的量子中繼。
專用量子模擬計算機尚需10年努力
量子信息科學的另外一個重要應用是量子計算,，可實現(xiàn)計算能力的飛躍,。基于量子的疊加特性,，量子計算機可實現(xiàn)并行的分布式量子信息處理,，同時對2的N次方個數(shù)進行數(shù)學運算，這相當于經(jīng)典計算機重復實施2的N次方操作,。這種分布式計算可大大提高運算能力,、縮短運算時間，適用于大數(shù)據(jù)及人工智能領域,。比如，求解10的24次方變量的方程組,，目前最快的太湖之光超級計算機需要100年左右計算時間,，但用量子計算機大概需要0.01秒。
鑒于巨大的潛在應用價值,，量子計算成為國際上的研究熱點,。潘建偉介紹，今年5月美國國家科學基金會（NSF）將“下一代量子革命”作為未來六大科研前言之一,。今年4月,，歐盟宣布將投入10億歐元支持量子技術旗艦項目。國際巨頭如谷歌,、IBM,、微軟也已介入量子計算的研究中。
但潘建偉表示,，真正實現(xiàn)可編程的,、通用量子計算機,，可能需要30年甚至50年。潘建偉認為,，目前構(gòu)建一個簡單的,、只能計算一種問題的量子模擬計算機（而非通用的）是比較可行的。潘建偉期望通過5到10年的能力,，實現(xiàn)50量子位的量子模擬計算,。
在可擴展量子信息處理上，超冷原子量子調(diào)控成為研究熱點,，通過將超冷原子裝到光晶格中,，可方便地實現(xiàn)基于超冷原子量子調(diào)控的模擬量子計算。潘建偉團隊近期已實現(xiàn)約600對超冷原子的糾纏態(tài),，向基于超冷原子的可擴展量子計算和量子模擬邁出重要一步,。
潘建偉說，在量子計算上,，希望通過將近10年努力產(chǎn)生100對粒子的糾纏,，在特定問題的求解上，實現(xiàn)計算能力達到現(xiàn)有全球計算能力的百萬倍,。