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量子|潘建伟：经过十到十五年努力，发展天地一体广域量子通讯网络( 四 )


随着这个量子计算的发展我们可以把它用到经典密码的破译、气象预报、金融分析和药物设计等多个方面 ， 这是它的一个相关的应用 。 那么具体地来说呢 ， 在量子通信方面我们可以利用光纤 ， 非常方便地在城市里面把秘钥送给千家万户 。 那么在两个城市之间那我们可以利用所谓的中继器把那个连接起来 ， 来实现城市之间的量子通信 。
那么在更广的范围里面呢 ， 我又可以利用卫星中转来实现远距离的量子通信 。 那么在这个方面呢 ， 我们国家的学者已经做了比较好的工作 。 在过去的十多年中 ， 慢慢先有城域网的小规模的应用 ， 然后慢慢地拓展到我们的广域网 ， 比如说北京到上海的一个“京沪干线”来开展了一些相关的应用 。
在这个基础之上 ， 我们为了实现广域网 。 在2016年8月 ， 中科院又发射了一颗“墨子号”量子科学卫星 ， 这个墨子号有三大科学实验任务 。 那么第一个科学实验任务就实现了星地的量子密钥分发 ， 那么这个呢 ， 我们在这个实验当中顺利地完成了 。
那么第二步是实现千公里量子纠缠的分发 ， 我们在一千两百零七公里的范围里面 ， 确实证明了这两个纠缠粒子有前面所说的爱因斯坦所说的遥远地点之间的诡异的互动这么一种功能 。 除此之外呢 ， 我们也实现了千公里量级的量子隐形传态 。 那么这么一个技术呢 ， 在未来的量子互联网里面是非常有用的 。
除了在量子通信方面 ， 我们国内的学者取得一些比较好的结果之外 ， 其实在国际上有另外一个研究的热点 ， 它就是量子计算 。 那么量子计算本质上 ， 目前的国际的学术界大概把它们分成三个阶段 。 第一个阶段 ， 我们希望能够造出一台机器来 ， 这台机器在计算某个具体的问题上 ， 它可以比目前最快的超级计算机算的快 。 那么为了达到这个目标（也称作“量子优越性”） ， 我们大概需要有50个量子比特的相干操纵 ， 这是当时我们学术界的一个目标 。
随着这个目标完成之后 ， 在第二阶段 ， 我们希望能够操纵数百个量子比特的这么一种量子计算机 ， 我们把它叫做专用量子模拟机 。 利用它可以来揭示若干经典计算机无法胜任的一些计算任务 ， 那么通过更长时间的努力呢 ， 我们希望能够来实现一种可编程的通用量子计算机 ， 这是从事量子计算工作的我们心目当中的一个发展历程 。
去年的时候 ， 美国的谷歌公司 ， 在国际上利用一台超导量子计算机首次实现了量子优越性 。 在它的工作当中呢 ， 它说利用它那53个比特的超导量子系统 ， 耗时200秒就可以来完成一个随机的线路采样 。 那么当时按照他们的这个理论 ， 在世界排名第一的超级计算机Summit要来计算这个同样的的事情 ， 需要1万年 。 当然后来大家对算法做了一些改进 ， 大概Summit如果有其他资源的帮助 ， 几天就可以了 ， 但无论如何 ， 它确实是首次实现了量子的优越性 。
那么在这个方向呢 ， 中国的学者也做了比较好的工作 。 2017年 ， 中国的学者就实现了首个针对特定问题求解超越早期经典计算机的光量子计算原型机 。 最近也有一些比较好的进展 ， 已经在开展了50个光子左右的玻色取样 ， 也应该是可以达到超越谷歌的这么一个量子优越性 。 那么除此之外 ， 我国的学者也在前期多年工作基础之上 ， 近期已经开展60左右的超导量子比特的相干操纵 ， 估计在今年年底也有希望能够达到超导系统的量子优越性 。
最后 ， 我做个总结简要来展望一下我们这个领域未来的可能发展 。 那我们想经过十到十五年的努力呢 ， 我们希望能够完整地发展天地一体广域量子的通讯网络技术体系 。 在这个基础上呢 ， 在国防、政务、金融、能源等领域以应用 ， 为最后形成下一代的国家信息安全生态系统的奠定基础 ， 这是第一方面 。
那么第二方面 ， 我们希望在量子计算方面 ， 通过对数百个量子比特的相干操纵 ， 能够对一些现实的问题的求解 ， 能够超越目前的超级计算机 ， 并且能够来解决一些重大的科学问题 。


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