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量子技术,行业互联网|「墨子沙龙活动简报」未来趋势：量子互联网( 二 )


2003年 ， 潘建伟团队提出自由空间量子通信的构想 ， 2004年 ， 在合肥实现了自由空间中距离13公里（超过等效大气厚度）的量子纠缠和密钥分发；2009年 ， 又实现16公里自由空间量子隐形传态；2011年 ， 实现100公里级自由空间量子隐形传态以及双向量子纠缠分发；2012年 ， 实现星地量子通信的全方位地基验证 。这一系列地面验证实验证实了基于卫星的自由空间量子通信的实际可行性 。同时 ， 在地面验证实验中 ， 研究团队发展了高精度捕获、指向、跟踪技术 ， 实现了高灵敏的能量分辨率 ， 这为以后“墨子号”的工作开展积累了必需的技术支撑 。
由于充分的技术积累 ， “墨子号”表现出超过预期的优异性能 ， 除了完成既定的科学目标外 ， 还完成了多项拓展实验 。例如 ， 首次实现相隔7600公里的洲际量子通信实验（北京-维也纳）；实现基于纠缠的量子密钥分发 ， 把无中继量子密钥分发的安全距离提升到1000公里 ， 且即使卫星被他方控制也能够实现密钥的安全分发；首次利用量子卫星在地球引力场中对尝试融合量子力学与广义相对论的理论进行实验检验；实现星地高精度安全时频传递 ， 时间传递精度为30 ps ， 等等 。
由于“墨子号”的成果 ， 其他国家也纷纷开始开展空间量子通信计划 。美国NASA发布了空间量子实验白皮书 ， 加拿大启动研制新一代量子通信卫星 ， 欧盟将与欧空局携手建造天地一体的泛欧量子通信基础设施 ， 等等 。
印娟教授还和大家分享了我国未来的空间量子计划：通过“量子星座”实现高效的全球化量子通信；研制更加小型化、移动化的地面站 ， 以实现真正的规模化应用 。
单光子相机：雾里看花、隔墙观物
量子技术,行业互联网|「墨子沙龙活动简报」未来趋势：量子互联网
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光沿直线传播 ， 如果面前有障碍物 ， 是否还能墙后的人或物？神奇的量子技术告诉大家 ， 通过单光子成像技术 ，“雾里看花、隔墙观物”就可能实现 。单光子相机是一种基于量子物理原理的超高灵敏度的光电探测技术 。利用单光子相机和计算成像算法 ， 可以实现远距离成像与传感、非视域成像 。
传统光电探测技术的探测灵敏度约为1 nW ， 要想获得一张清晰照片往往需要采集数十亿计的光子 。在弱光环境下 ， 例如当我们要测量远距离目标时 ， 传统光电探测技术便难以胜任 ， 由于仅能探测到少量光子 ， 图像变得模糊 ， 无从分辨！而单光子相机 ， 对于每个像素平均只探测一个光子 ， 再结合计算成像算法 ， 就能高效的重建出图像 。此为“雾里看花” 。
还有更神奇的 ， 单光子成像技术还能实现“隔墙观物” ， 即非视域单光子相机 。所谓非视域 ， 即摄像机视野之外的地方 ， 那么如何才能捕捉到视域之外物体的图像甚至动态视频呢？可以通过附近的墙壁等表面 。非视域物体的相关信息经由墙壁的反射而进入单光子探测器 ， 通过分析光子的飞行时间 ， 利用非视域成像算法 ， 就能够重建出非视域物体的图像 。徐飞虎研究团队使用研发的单光子相机系统 ， 以及全新的计算成像算法 ， 已经可以实现复杂场景的非视域成像 。
量子计算——挑战未来
量子技术,行业互联网|「墨子沙龙活动简报」未来趋势：量子互联网
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量子计算是最近几年科学界的热门话题 ， “量子优越性”及未来真正实现量子计算实用化的研究如火如荼 。
来自“潘之队”的超导量子计算负责人朱晓波教授为大家科普了量子计算的原理、不同实现方式和现在的国际竞争状况 。他着重为大家介绍了他们团队和宣布取得“量子优越性”的谷歌团队共同使用的超导量子计算体系 ， 并分析了其优势和面临的挑战 。


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