潘建伟学术报告会 | 物质的奥秘：未来科学大奖“物质科学奖”

10月27日，中国科学院、中国科技大学和未来论坛于中国科学院计算机网络信息中心举办了未来科学大奖“物质科学奖”学术报告会。报告会由中国科学院计算机网络信息中心主任廖方宇主持，2017未来科学大奖“物质科学奖”获奖者潘建伟教授，中国科学院新闻传播局的周德进局长，未来科学大奖科学委员会委员、北京凝聚态国家实验室首席科学家丁洪，中国科学院院士、中科院物理所研究员于渌先生，中国科学院大学、卡弗里理论科学研究所张富春所长，中国科技大学、中科院量子信息与量子科技创新研究院卢征天教授，李政道研究所资深学者、未来科学大奖科学委员会委员季向东教授，未来论坛创始董事及秘书长武红女士、未来科学大奖捐赠人吴鹰先生等出席了报告会。

潘建伟

 在周德进局长的致辞后，潘建伟教授带来了主题为《全球化量子通信网络及未来展望》的学术报告，介绍了信息安全的起源及沿革。所有经典加密术的安全性都依赖于计算的复杂度，随着计算能力的提高，经典密码原则上都会被破解。随着对量子力学基本原理检验的进步，人们逐渐掌握了对量子状态进行主动调控的能力，结合信息科技，就产生了量子信息科学——包括量子通信、量子计算等——这一新学科。量子通信的一个主要应用内容叫量子密钥分发，可以为分隔两地的用户提供原理上无条件安全的共享密钥，因此可从根本上解决信息安全传输问题。量子密钥分发的安全性基于量子力学基本原理，而不依赖于计算复杂度。单光子的不可分割性、未知量子态的不可复制性，构成了量子密钥分发安全性的基石，使得一切窃听行为必然被察觉。量子通信的另一个应用叫量子态隐形传输，借助量子纠缠，可以将一个粒子的未知量子状态传送到遥远地点的另一个粒子上，而不用传送这个粒子本身，这构成了分布式量子信息处理网络的基本单元。经过多年的努力，潘建伟团队已经发函成熟了城域量子通信网络技术，并初步应用于国防、政务、金融等领域的信息安全。但要想实现远距离的量子通信还非常困难，因为会受到链路衰减和噪声等影响。其中一个解决方案是利用量子中继器。因此，自1997年以来，潘建伟团队一直在实现实用化量子中继器的道路上努力。由于量子中继的实用化还有待时日，团队从2003年开始同时开始了自由空间的量子通信研究。经过不断的努力，2016年8月，发射了第一颗量子科学实验卫星“墨子号”。到今年初，墨子号已经成功完成全部预定的科学实验任务，实现了卫星到地面的千公里级的量子密钥分发、实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发并完成空间尺度严格满足爱因斯坦定域性条件的量子力学非定域性检验，实现了地面到卫星的千公里级量子隐形传态。潘建伟教授说，未来将基于多颗卫星组成的“量子星座”，实现全球化的量子通信网络。

张富春所长随后也做了关于《拓扑量子计算及其面临挑战》的报告，从凝聚态物理学家的角度为现场听众介绍了量子计算、拓扑量子计算的发展，及其所带来的机遇和挑战。他说，量子计算解决了大规模的计算难题，发展到现在是实验跟理论齐头并进，并会驱动科技、经济与社会的变革。从2010年起，超导量子计算逐渐成为主流，像Intel的17量子位超导计算芯片已经发布，用来解决经典计算不能解决的计算难题。提到拓扑量子计算的好处，他说，拓扑物态中非阿贝尔任意子可以实现拓扑稳定的量子比特。而对任意子进行编织、融合操作，可以实现拓扑稳定的量子门。拓扑稳定可以有效抵抗杂质、相互作用等的扰动，从而解决量子退相干与纠错的问题，实现容错量子计算。

卢征天教授带来了关于《量子精密测量：单原子灵敏检测》的报告，这份报告是关于量子精密测量里的单原子灵敏检测专题所进行的研究工作。研究的核心科学目标是实现同位素定点，为研究全球的区域水循环提供关键时间信息。他解释说，地球上水循环时间跨度相当大，洋流时间尺度从几年到几千年，冰川几年到几十万年，地下水浅层的也就几年，深层的可以几百万年，要了解这样的过程，时间尺度是个基本信息，需要定研究手段。原子阱痕量分析方法（ATTA）是卢征天教授首次在国际上提出的，可以直接对单原子进行“计数”。未来为了广泛应用起来，研究团队需要大幅度的提高测量原子的效率，研究原子阱各个部位，从圆周开始要解决一系列的技术难点。在技术创新的同时，实验室也在与各国科学家们共同开展国际合作项目中起到了重要。

在学术报告后的圆桌对话环节中，于渌主持，潘建伟、丁洪、卢征天、张富春分别就各研究领域与发展和应用前景发表了自己的意见。一位观众现场提问潘建伟教授，对于现在国内“量子”概念滥用的现象怎么看？潘建伟回应说，这说明量子力学理论亟待被大力普及推广。他最后补充说：“物理教给你的不仅仅是知识，还是一种看待世界的基本的方法，希望大家多多了解物理。”

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