量子時代會：心靈感應、物體瞬間轉移有了科學依據？

探究宇宙奧秘量子科學

永不泄密的量子電話，瞬間轉移的信息傳遞，速度超快的量子計算機……量子世界的神奇，一般人並不了解，但也許就在不久的將來，我們會邁入—量子時代。

11月2日至6日，2014量子通信、測量和計算國際學術大會在中國科學技術大學先進技術研究院舉行。中、美、德等28個國家400餘位國際頂尖量子科技專家共聚合肥，交流研討量子信息技術最新進展和未來發展趨勢,探討產業化方向，一幅量子時代的美好藍圖正徐徐展開。

幽靈般的超距離作用

中國古代神魔小說《封神演義》中，土行孫以「遁地術」稱雄諸神，他只要身體接觸到大地，就像魚兒游進大海，消失得無影無蹤。「宇宙瞬移，目標搜索。」動畫片《神奇阿呦》中，宇宙人阿呦同樣神通廣大，只需輕念咒語便可穿梭星際之間，幫助小學生小米實現各種願望。實際上，神秘的量子世界就有這樣的「時空隧道」—量子態隱形傳輸，能讓物體瞬間轉移。

量子態隱形傳輸的實現，靠的就是神奇的「量子糾纏」現象。在微觀世界中，有兩個共同來源的微觀粒子，即使隔著太陽系，只要其中一個粒子狀態發生變化，另一個狀態立即發生相應變化，這就是被愛因斯坦、波多爾斯基、羅森等著名科學家稱作「幽靈般的超距離作用」的「量子糾纏」。美國科學家、諾貝爾物理學獎獲得者弗蘭克·維爾切克曾用《格林童話》中《兩兄弟》故事打比方：「量子糾纏」就像一對有「心靈感應」的雙胞胎，長得分不清彼此；他們也心靈相通，即便天各一方，弟弟有難，哥哥即刻得知。

量子糾纏是一種非常奇特、無處不在的物理現象，它顛覆了常理，卻廣泛應用於量子保密通信、量子計算模擬和量子精密測量等各個領域。兩個處於糾纏態的量子，發生「心靈感應」有多快？去年，中科大教授、中科院院士潘建偉率領的團隊在國際上首次用實驗證明：在所有相對地球以千分之一光速或更低速度運行慣性參照系中，量子「心靈感應」速度至少為光速的一萬倍。

「量子通信是迄今唯一被證明是無條件安全的通信方式，可以從根本上解決國防、金融、政務等領域的信息安全問題。」在國際量子大會上，專家指出，量子信息技術因其傳輸高效和絕對安全等特點，被認為是下一代IT技術的支撐性研究，並成為世界各國競爭的焦點。「古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆開，就會留下泄密的痕迹。」潘建偉院士說，基於量子糾纏特性的量子密鑰在量子通信中的作用比火漆更徹底，可以做到絕對安全—一旦有人試圖打開信件，量子密鑰會讓信件自毀，並讓使用者知曉。

搶佔量子通信制高點

斯諾登「稜鏡門」、蘋果公司「泄密門」，近年來一連串的泄密事件，讓信息安全受到前所未有的關注。公元前405年，伯羅奔尼撒戰爭末期，雅典間諜從波斯帝國帶回一條布滿雜亂無章希臘字母的普通腰帶，當腰帶呈螺旋形纏繞在劍鞘上時，毫無規律可循的字母就變成一段文字。這被認為是世界上最早的密碼情報。幾千年過去了，加密方式似乎越來越先進、越來越可靠，但依然有被破解的可能。隨著量子科技的發展，如今不可破譯的「量子保密通信」已誕生，其出現將徹底對竊聽說「不」。

近年來，為搶佔量子通信制高點，潘建偉團隊先後在國際上首次成功實現對五光子、六光子、八光子糾纏的操縱；在國際上首次成功實現百公里量級自由空間量子隱形傳態和糾纏分發；在合肥率先建成世界上規模最大的量子通信試驗網，標誌著大容量量子通信網路技術取得關鍵突破。目前，潘建偉團隊成果1次入選《自然》雜誌評選的「全球十大新聞亮點」、2次入選歐洲物理學會評選的年度國際物理學重大進展、3次入選美國物理學會評選的年度國際物理學重大事件、7次入選由兩院院士評選的年度中國十大科技進展。

提前行動，才能搶佔先機。在新的歷史時期，為保持和擴大我國在量子信息領域已取得的領先優勢，中科院2011年啟動科技專項「量子科學實驗衛星」。 2013年，千公里光纖量子通信骨幹網工程「京滬幹線」項目上馬；2014年初，中科院「量子信息與量子科技前沿卓越研究中心」在中科大掛牌成立。「20多年前，中國量子物理相關領域的研究事業還沒有起步，但今天中國已成為這方面最頂尖的國家之一，中科大也成為最頂尖的研究機構之一。」國際量子大會主席、義大利帕維亞大學教授阿里亞諾說。

「按照計劃，2016年中國將發射全球首顆『量子科學實驗衛星』，2020年實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發，2030年建成全球化量子通信網路。」中科大學者在國際量子大會上表示，由潘建偉院士團隊承擔的中科院「量子科學實驗衛星」項目主要技術攻關已完成，其成功發射和運行，將進一步確立中國在量子通信研發和產業化領域的國際主導地位。

步入量子生活新時代

蘋果iCloud雲端泄密後，還敢用蘋果手機嗎？實際上，無論蘋果系統，還是安卓系統，都有泄密的風險。不過，隨著量子通信技術走向產業化，在不久的將來，你或許就能擁有一部永不泄密的量子手機。步入量子生活新時代，運算超快、百毒不侵、不怕「死機」的量子計算機也將會誕生，甚至可以將微型量子計算機用於醫學—插入血液中可輕鬆殺死癌細胞……

目前，中國量子保密通信城域網技術日臻成熟，並達到商用水平；由中科大發起組建的安徽量子通信技術有限公司，已成為中國最大的量子通信設備製造商和系統服務供應商。 2012年初，潘建偉團隊在合肥建成世界上首個規模化城域量子通信網路，節點數達46個，遠遠超過此前國際上已有的同類網路；2014年3月，濟南量子通信試驗網正式投入使用，這是我國第一個以承載實際應用為目標的大型量子通信網。「合肥城域量子通信網路通信正確率達99.6%，超過移動通信水平；濟南量子通信試驗網已擁有95個實際用戶，運行狀況良好。」安徽量通公司總經理趙勇博士介紹，中科大還與新華社共建了金融信息量子通信驗證網，並將量子通信技術應用到合肥市公安系統視頻監控「天網工程」中。

「中國任何一個城市，只要有需求，都可以建設城域量子通信網路。」潘建偉院士說。中科院量子保密通信「京滬幹線」項目，是我國首個量子通信國家級重大工程，主要建設連接北京、上海的高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網路。「京滬幹線」項目總工程師、中科大教授陳宇翱透露，京、滬城域量子通信網將分別於今年年底和明年夏天建成。加上已建成的合肥、濟南市，只要再完成城市間線路上的接通，預計到2016年，就可實現京滬廣域量子保密通信。

除了最先走向實用化的量子通信技術，量子計算機也成為熱門話題。當前，世界上運算速度最快的超級計算機是中國「天河二號」，運算峰值和持續運算速度達每秒5.49億億次和每秒3.39億億次。但在量子計算機面前，這一速度只算「小兒科」。科學家指出，分解一個有400個數字的合數，超級計算機要幾百萬年，而量子計算機只需一年或更短時間。「量子計算機雖好，但想說愛你不容易。」中科大教授陸朝陽坦言，假如將一對糾纏的量子比作一個跳蚤的話，量子通信可能只需操縱一個跳蚤即可，量子計算機卻需同時操縱成千上萬個跳蚤，因此量子計算機問世可能還需要相當長時間。

來源:中安在線-安徽日報(合肥)

記者：桂運安

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