量子科技是全球高科技領(lǐng)域競爭的焦點(diǎn)之一，也是事關(guān)國家安全和社會經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略性領(lǐng)域。說到量子科技，好多人首先都會想到墨子號。2016年8月，全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號成功發(fā)射，并完滿完成設(shè)定的科學(xué)目標(biāo)，一舉奠定了我國在量子通訊領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。現(xiàn)在，在中國科大學(xué)量子創(chuàng)新研究院，科學(xué)家們正在進(jìn)行微納量子衛(wèi)星的進(jìn)一步研究。相比墨子號，微納量子衛(wèi)星將會怎樣進(jìn)一步強(qiáng)化量子保密通訊的應(yīng)用？
微納量子衛(wèi)星“濟(jì)南一號”
取得研究進(jìn)展
中國科大學(xué)教授、中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院常務(wù)副院長潘建偉：今年的7月份我們成功地發(fā)射了世界首顆微納量子衛(wèi)星。這么經(jīng)過今年7月份到現(xiàn)今將近一年的努力，近來我們通過實(shí)驗(yàn)確信地證明了，這個微納衛(wèi)星的成本只有墨子號的二非常之一，而且它也就能挺好地來進(jìn)行星地的量子實(shí)驗(yàn)。相關(guān)的科研成果我們會在不久的將來向全球的同行發(fā)布。
墨子號取得的一系列科研成果要邁向?qū)嶋H應(yīng)用，起碼還有兩個巨大的障礙須要克服。一是通過減肥增加衛(wèi)星發(fā)射成本，二是要克服晚上太陽光的干擾，從只能白天工作弄成全天時。現(xiàn)在，微納量子衛(wèi)星“濟(jì)南一號”已經(jīng)跨越了第一個障礙。
中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長李楊：我們是經(jīng)過了大約兩年左右的時間量子通訊技術(shù)，之后研發(fā)了一顆大約是96公斤重的世界上第一顆量子微納衛(wèi)星，這個衛(wèi)星它跟我們曾經(jīng)的墨子號相比，它包括衛(wèi)星的重量、載荷的重量都增加為原先的大約是1/6。
而要排除太陽光干擾卻有著常人無法想像的困難。量子通訊以單光子為載體，單個光子能量微弱到相當(dāng)于從月球去看月亮上劃燃的一根火柴。黑夜為捕獲單光子提供了有利的環(huán)境，到晚上太陽光一照，衛(wèi)星發(fā)射光子就湮沒其中，猶如一滴雨水落入了大海。因此，潘建偉領(lǐng)銜的量子通訊團(tuán)隊(duì)，從每一個影響光子天地收發(fā)的誘因著手，通過無數(shù)次實(shí)驗(yàn)，讓每一個指標(biāo)逐一達(dá)到技術(shù)要求。
科研團(tuán)隊(duì)長達(dá)一年多的調(diào)整、驗(yàn)證，抗太陽干擾技術(shù)完成全部地面實(shí)驗(yàn)量子通訊技術(shù)，團(tuán)隊(duì)成員們滿腔信心地等待下一顆衛(wèi)星升空檢驗(yàn)。
量子估算再獲新突破
不僅通訊，估算也是量子科技應(yīng)用的一個重大領(lǐng)域。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，全球數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級下降，對估算能力的需求巨大。目前全球科技界已紛紛把眼神投向了量子估算，占據(jù)技術(shù)制高點(diǎn)。就在幾天前，由中國科大學(xué)教授潘建偉領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，將量子系統(tǒng)中真糾纏比特數(shù)量的紀(jì)錄由原來的24個急劇突破至51個。從24到51，這個數(shù)字的下降，到底有著如何的特殊意義呢？
量子糾纏態(tài)制備的數(shù)量是顯示量子估算復(fù)雜度的一個重要指標(biāo)。
中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長朱曉波：我們看過耍雜技的，他在天上扔飛盤，扔一個接一個這比較容易，扔兩個一起接就稍稍難一點(diǎn)，扔三個就更難了。原先只能扔二十幾個，這早已相當(dāng)相當(dāng)難了，由于國際社會學(xué)術(shù)界為這個早已努力了好多好多年了。從2000年開始到我們這個成果發(fā)布曾經(jīng)，最多也就做到24個，如今我們一下子可以接51個飛盤，并且都接得穩(wěn)穩(wěn)的。
在朱曉波眼中，對量子比特的精度追求就是刀刃上的街舞，由于一個量子比特的能量僅有蝴蝶扇動一下翅膀所須要能量的十億億分之一，經(jīng)不起任何擾動。
中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院院長朱曉波：一個電子翻轉(zhuǎn)一下，一個光子路過等，都是一個單粒子尺度的噪音，都會使它的整個的系統(tǒng)崩潰掉。
而這一切的基礎(chǔ)離不開深刻理解每一個噪音的來源，之后去規(guī)避其帶來的影響。只有基礎(chǔ)打得牢，量子估算的科技大樓能夠建得穩(wěn)。
潘建偉率領(lǐng)的量子估算團(tuán)隊(duì)希望通過五到六年的努力，才能相干操縱數(shù)百個量子比特，拿來構(gòu)造一種專用的量子模擬機(jī)。針對一些復(fù)雜化學(xué)系統(tǒng)，例如低溫超導(dǎo)機(jī)制、新材料設(shè)計等目前超級計算機(jī)算不了的問題，用量子模擬機(jī)來進(jìn)行運(yùn)算。在解決一些實(shí)際問題的同時，除了要牢牢搶占量子估算的第一方陣，還要在個別領(lǐng)域成為領(lǐng)跑者。