潘建伟：下一个量子突破将在五年后发生

1. 潘建伟：下一个量子突破将在五年后发生

  光子盒研究院出品 
    最近，   中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、朱晓波等和西班牙塞维利亚大学Adán Cabello教授合作，   首次实验排除实数形式的标准量子力学。研究人员利用超高精度超导量子线路实现确定性纠缠交换，以超过43个标准差的实验精度证明了实数无法完整描述标准量子力学，确立了复数的客观实在性。 
        2月3日，西班牙《国家报》[1]报道了对潘建伟院士和Adán Cabello教授的采访。  
    报道首先回顾了这项中国和西班牙团队合作的研究。去年，一组研究人员在《自然》杂志上[2]提出了一个想法，即基于实数的量子理论的替代方案可以通过实验被证伪。这是量子领域的顶尖科学家潘建伟提出的一项挑战，塞维利亚大学的物理学家Adán Cabello参与了这项挑战。他们的联合研究证明了“复数(例如-1的平方根)在标准量子力学中不可或缺的作用。”这些结果使得使用这种技术的计算机的开发取得了进展，根据Cabello的说法，“在以前无法进入的领域测试量子物理。” 
    现年51岁的潘建伟1987年毕业于中国科学技术大学，维也纳大学博士研究生，他领导着世界上规模最大、最成功的量子研究团队之一，被诺贝尔物理学奖得主Frank Wilczek称为“自然的力量(a force of nature)”。潘建伟在维也纳大学的论文导师、物理学家Anton Zeilinger补充道：“没有潘建伟，我无法想象量子技术的出现。” 
    潘建伟在这项研究中的领导地位至关重要。他解释说：“这个实验可以被视为两个玩家之间的 游戏 ：实数量子力学和复数量子力学。这个 游戏 是在一个带有四个超导电路的量子计算机平台上进行的。通过发送随机测量基数并测量结果，就可以获得 游戏 分数，该分数是测量基数和测量结果的数学组合。 游戏 规则是，如果 游戏 分数超过7.66分，则排除实数量子力学，我们的工作就是这样。” 
    这个实验由中国科学技术大学和塞维利亚大学合作进行，并被科学杂志《物理评论快报》[2]报道。它旨在回答一个基本问题：复数对于自然的量子力学描述真的有必要吗？结果排除了标准量子物理中只使用实数的替代方案。 
       根据潘建伟的说法：“物理学家用数学来描述自然。在经典物理学中，实数似乎可以完整地描述所有经典现象中的物理现实，而复数只是有时被用作一种方便的数学工具。然而，是否需要复数来代表量子力学的理论仍然是个未知数。我们的结果排除了对自然的实数描述，并确立了复数在量子力学中不可或缺的作用。” 
    Cabello补充道：“这不仅仅是排除一个特定的替代方案，实验的重要性在于，它展示了超导量子比特系统是如何工作的。使我们能够测试量子物理的预测，而这些预测是我们迄今为止进行的实验无法测试的。因为它们需要对几个量子比特进行严格控制。现在我们将能够测试它们。” 
    中国科学技术大学的陆朝阳教授是这项实验的合著者，他说：“量子计算机最有希望的近期应用是量子力学本身的测试和多体系统的研究。”这一发现不仅为量子计算机的发展提供了一条前进的道路，也为在原子和亚原子水平上理解粒子的行为和相互作用提供了一种接近自然的新途径。 
      实现拥有拥有数百万量子比特的计算机的目标还有很长的路要走。然而，中国和西班牙团队的研究结果使得扩大现有量子计算机的用途和理解困扰科学家多年的物理现象成为可能。 
    参考链接： 
    [1]https://english.elpais.com/science-tech/2022-02-03/jian-wei-pan-the-next-quantum-breakthrough-will-happen-in-five-years.html 
    [2]https://www.nature.com/articles/s41586-021-04160-4 
    [3]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.040403 

2. 我国量子技术领跑全球，潘建伟团队再曝好消息：破解世界级难题

3. 潘建伟及其团队研发了什么量子技术

中国科学技术大学潘建伟院士团队近日成功研制出全球超导量子比特数量最多的量子计算原型机 “祖冲之号”，宣告全球最大量子比特数的超导量子体系的诞生。

量子计算机原型机发布后，我国首个可操纵的超导量子计算机体系“祖冲之号”问世。该成果将为促进中国在超导量子系统上实现量子优越性奠定了技术基础，也为后续具有重大实用价值的通用量子计算的研发提供支持。中国科学技术大学潘建伟院士团队近日成功研制出全球超导量子比特数量最多的量子计算原型机 “祖冲之号”，宣告全球最大量子比特数的超导量子体系的诞生。这篇名为《在可编程二维62比特量子处理器上的量子行走》的论文5月7日发表在《科学》杂志。

量子计算机是全球科技前沿的重大挑战之一，也是世界各国角逐的焦点。超导量子计算已成为最具希望的候选者之一，它的核心目标是增加 “可操纵” 的量子比特数量，通过提升操纵精度来实现落地应用。祖冲之号” 可操纵的超导量子比特多达62个，而此前谷歌实现 “量子优越” 的“悬铃木”53个量子比特。研究团队在大尺度晶格上首次实现了量子行走的实验观测，并实现对量子行走构型的精准调控，构建了可编程的双粒子量子行走。

4. 最近关于潘建伟及量子通信的消息怎么变少了？

最近不少关心量子信息方面的朋友发现四年前炙手可热的潘建伟教授似乎突然消失了，也没有任何新闻报到；其实潘建伟教授并没有出现任何问题，依旧在潜心研究。估计很多人对潘建伟教授和他的量子信息项目了解的不多，下面我也一并给大家好好介绍一下。

1. 潘建伟教授和他的量子信息卫星虽说潘建伟教授是我国著名的物理学家，在国际上也非常有影响力，但是却一直声名不显。直到2016年8月16日，潘建伟教授研发的“墨子号量子科学实验卫星”成功发射并进入500轨道，他才算是逐渐被人们所熟知。
墨子号卫星发射成功后需要完成三大项任务，分别是卫星和地面之间的量子密钥分发；千公里级量子纠缠光子对分发检验贝尔不等式；卫星和地面之间量子隐形传态。尽管每个任务完成后都会引起部分轰动，但是潘教授动作太快了，在一年就完成了所有任务的验收。由于这个重头戏提前完成了，潘教授短时间内拿不出和墨子号同等级的科研成果来，自然热度也就降了下去。

2. 潘教授近况怎么样？其实墨子号科学卫星的设计寿命只有两年，但是由于使用得当，它现在依旧坚挺的在地球上方飞行，不断的帮助潘教授完成各种科学实验。
在今年潘建伟、彭承志、徐飞虎等人利用墨子号卫星，成功实现了量子安全事件传递的原理性实验验证，实现了时间数据的安全传输。这项研究为时间的安全传递又提供了新的解决方案，可以在我们常见的卫星导航系统以及对时间准确度有要求的各种各样的网络中发挥巨大的作用。这项成功已经发布在今年5月11日的《自然物理》上，也算是潘教授近期再一次露脸。

3. 科学家一直都是低热度群体很多人觉得潘教授这么优秀的科学家居然很少有相关的报道，更是想为他打抱不平，其实这才是科学家的日常状态。
别的不说，就算是誉满全球的袁隆平教授有多少曝光度呢？除非是袁隆平教授做出了相关成果或者是在某些重要的场合露脸，否则我们也很难看到相关报道。
科学家一般的科研项目都要花费几年的时间，在这期间一般都是深入简出，很难有信息流露出来。况且科学方面关心的人本来就少，即使有媒体报道也不会有多少流量，有这功夫还不如去发发流量新闻，这样才符合新闻媒体的利益。
虽说潘教授最近确实没有什么新闻报道，但正是有这种干实事的科学家在，中国的科学技术发展才能一直在世界保持着领先。希望人们给予科学教们足够的关注，毕竟他们才是中国真正的脊梁。
文：唯恋无名    图：来源网络，如有侵权请联系作者删除

5. 潘建伟的量子通信是真是假，到底该相信谁？

量子通信工程是国家品牌，很多测评专家的专业知识也在那里。量子通信的国际学术界也很权威，能被这么多人认可，说明量子通信真的很厉害。
墨子号推出已经快三年了。有哪些新发现？量子通信与大众有什么联系？是伪科学吗？10日，在中国人民政治协商会议第十三届全国委员会第二次会议举行的新闻发布会上，中国人民政治协商会议全国委员会委员、中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士潘建伟说了很多话。
墨子量子科学实验卫星发射以来有哪些新发现？潘建伟说，“墨子”作为科学实验卫星，主要有两个目的，一是实用。为了实现卫星与地球之间非常远距离的量子保密通信，它还有一个基本的科研目标，需要验证爱因斯坦严格意义上的“量子力学的非局域性”。
潘建伟透露，墨子推出后，性能指标远超预期，原本计划两年内完成的科学实验任务在两三个月内完成，所以性能上有充足的时间做一些改进，现在有很大的进步。同时，“墨子”将卫星与地面之间的密钥编码量增加了40倍，现在一秒钟可以传输约40万个密钥，可以满足一些保密通信的初步要求。
潘建伟说墨子也做了一个有趣的实验。因为目前量子力学和广义相对论结合的不太好，针对提出的测试协调模型。墨子做过实验，证明一些理论方案是不正确的，这是一个很大的进步。
潘建伟表示，希望量子通信能尽快投入实际使用，希望未来能研制出一颗中高轨道的卫星，使其24小时全天候工作，以弥补墨子只能在夜间工作的遗憾，保证密钥能在更长的时间内生成。
近年来，对量子通信的质疑从未中断过，甚至有人认为量子通信是“伪科学”。对此，潘建伟回应说，公众对量子通信技术有所怀疑，主要是因为量子力学与他们的生活经历有很大不同，即使受过高等教育的人也不一定对量子通信的先进理论有很好的理解。因此，公众会怀疑量子通信的科学性，担心这项技术不成熟。
潘建伟进一步解释说，创新通常经历从产生到广泛应用的三个阶段。在第一阶段，当公众接触到一个新的领域时，最初的反应通常是不可靠的。比如最早的相机，大家都觉得灵魂被吸进了相机，不敢用。所以有人认为早期的量子通信是伪科学。等它成熟了，他们觉得这项技术还没有被广泛应用，产生了怀疑。“现在，我们确实有许多创新成果走在了世界前列，我们应该有信心。”
但潘建伟也表示，目前量子通信正处于从第二阶段向第三阶段转化的过程中，需要大量的科普工作。“当量子通信被广泛使用时，每个人都没有什么异常的感觉，创新过程就完成了。”
至于量子通信的作用，潘建伟表示，信息安全对国家和个人都很重要，从银行账户的密码保护到不开车的远程控制都有。量子通信原则上可以提供一种无条件的、安全的通信手段，这将大大提高未来的信息安全水平。
潘建伟表示，中国目前在量子信息领域具有一定的国际竞争力，即使在某些方向上，仍处于国际领先地位，但也不能过于乐观，部分优势受到欧美发达国家的强烈冲击。与传统的国际科技强国相比，中国以往的科研组织模式主要是短期科研项目，在满足国家战略的迫切需要以及科技资源的整合和支持力度上仍然不足。与发展相比
潘建伟表示，他所从事的量子信息科学已经进入深化和快速发展的阶段，尤其需要跨学科交叉融合和攻关。他希望国家在这一领域部署重大科技项目，建设国家实验室。
去年，在全国政协双周咨询论坛上，潘建伟发表了“加强国家实验室建设，建设高水平创新团队”的演讲。考虑到欧盟、美国、英国等发达国家在量子信息科学技术领域的国家战略已经启动，国际竞争激烈，潘建伟建议中国尽快实质性启动相关领域的国家实验室和科技创新项目建设，同时， 依托相关领域最具优势的创新单位开展国家实验室建设和运行管理，具体负责相关重大科研任务的总体部署和实施。

6. 潘建伟及其团队研发了什么量子技术

潘建伟及其团队研发了量子计算机技术。
1、科研综述
2022年8月，中国科学技术大学潘建伟及其同事包小辉、张强等，将长寿命冷原子量子存储技术与量子频率转换技术相结合，采用现场光纤在相距直线距离12.5公里的独立量子存储节点间建立纠缠。

2022年，中国科学技术大学潘建伟团队与上海技物所、新疆天文台等单位合作，在国际上首次实现了百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验时间传递稳定度达到飞秒（千万亿分之一秒）量级，可满足目前最高精度光钟的时间传递要求。

2、学术论著
根据2022年7月中国科学技术大学官网显示，潘建伟在《Nature》《Science》《PNAS》和《Physical Review Letters》等重要国际学术期刊上发表论文180余篇，并受国际权威综述期刊《Reviews of Modern Physics》邀请先后撰写关于多光子纠缠实验和现实条件下量子通信安全性的综述论文。
3、成果奖励
根据2022年7月中国科学技术大学官网显示，潘建伟曾获国家自然科学一等奖等奖项。

7. 潘建伟教授用什么量子科学?

墨子号。
墨子号量子科学实验卫星（简称墨子号），于2016年8月16日1时40分，在酒泉用长征二号丁运载火箭成功发射升空。此次发射任务的圆满成功，标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。
中国量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍，如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”，那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就，海量信息将在其中来去如影，并且“无条件”安全。
2017年1月18日，中国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”圆满完成了4个月的在轨测试任务，正式交付用户单位使用。中国科学技术大学、中科院等单位相关领导在交付使用证书上签字。
2019年1月31日，被授予2018年度克利夫兰奖。中国研究人员2019年2月14日在美国华盛顿说，“墨子号”量子科学实验卫星预计将超出预期寿命、继续工作至少2年以上，并展开更多国际合作。



2001年，31岁的潘建伟从欧洲回国，在中科大组建了量子信息实验室。2003年，当大多数人仍致力于在实验室内部的原理性演示时，潘建伟和同事们已经萌生了“天地一体化”量子通信网的初步构想，“量子科学实验卫星”正是这个构想中的关键节点。
“工欲善其事，必先利其器”。围绕这一远景目标，潘建伟团队开始了十余年的技术积累。他带领团队在自由空间量子密钥分发、量子纠缠分发和量子隐形传态实验等方面不断取得国际领先的突破性成果。
2005年，潘建伟团队在世界上第一次实现13公里自由空间量子通信实验，证实光子穿透大气层后，其量子态能够有效保持，从而验证了星地量子通信的可行性。

8. 潘建伟：与量子纠缠的人生

“上帝是否掷骰子”，这个困扰过爱因斯坦的量子物理核心奥秘同样让潘建伟常常凝神思索，在他眉宇间刻出两道深深的沟痕。
  
 从潘建伟第一次认识到量子世界的诡谲离奇到沉迷其中不可自拔已过去20多年。为何会有量子叠加、量子纠缠这些奇异的现象尚无答案，他却一直致力于利用奇异的量子特性来制造不可破译的密码，发展保密通信，研制强大的量子计算机……
  
 世界首颗量子卫星“墨子号”从太空建立了迄今最遥远的量子纠缠，证明在1200多公里的尺度上，爱因斯坦都感到匪夷所思的“遥远地点间的诡异互动”依然存在。作为量子卫星首席科学家的潘建伟还有更大的目标——在地月间建立30万公里的量子纠缠，检验量子物理的理论基础，并 探索 引力与时空的结构。
  
 在很多人眼里，潘建伟是传奇：29岁，他参与的有关量子隐形传态的研究成果，同伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等影响世界的重大研究成果一起，被《自然》评为“百年物理学21篇经典论文”；31岁，任中国科学技术大学教授；41岁，成为中国当时最年轻院士；45岁，获国家自然科学一等奖……
    
 缘起痴迷
  
 潘建伟1970年3月生于浙江东阳，自小成绩优秀。父母从不限制他，由他做感兴趣的事。1987年，他考入中国科学技术大学近代物理系。他对大学生活最深的印象是，同学间比着早起晚睡学习，拼命喝茶熬夜读书。
    
 他的大学同学，如今是暗物质卫星科学应用系统总师的伍健回忆，潘建伟是个很有意思的人。他给潘建伟剃过头发，有点像马桶盖，但是潘并不生气。除了学习，潘建伟也很会享受生活，有次和同学跑到水库摸了一脸盆螺蛳回来，在宿舍煮着吃。
  
 1990年潘建伟第一次接触量子力学。那时他经典力学、电动力学、统计力学都学得很好，却完全搞不明白量子力学，有次期中考试量子力学差点没及格。
  
 “双缝实验中，人没有‘看’电子时，就不能说它是从哪条缝过去的，这实在太奇怪了，这不对啊。一个人要么在上海要么在北京，怎么会同时既在上海又在北京呢？”量子世界的奇怪与陌生让潘建伟陷入这样的苦思。
  
 现在回看，潘建伟认为这是最好的现象，“量子力学的创始人之一玻尔说，如果学了量子力学后，你不觉得奇怪，不觉得不可思议，不犯糊涂的话，那你根本就没学懂。”
  
 量子世界越古怪，潘建伟越想搞明白。于是，他选择与量子“纠缠”下去。
  
 他认识到，物理学终究是门实验科学，再奇妙的理论若得不到实验检验，无异纸上谈兵。然而，上世纪90年代中国缺乏开展量子实验的条件。1996年硕士毕业后，潘建伟赴量子科研的重镇——奥地利因斯布鲁克大学攻读博士学位，师从量子实验研究的世界级大师塞林格。
  
 一个理论物理专业的硕士，想要很快进入实验量子物理前沿，其中困难可想而知。为尽快掌握要领，潘建伟几乎整天泡在实验室里。
    
 在老师眼里，当实验中出现问题，潘建伟从不退缩，把困难当做更上层楼的激励，大家总是听他说“情况很好”，这个非常乐观的人，总能找到解决问题的办法，大家都喜欢他。
  
 量子卫星与阿里站建立链路。（中科院提供）
  
 “毫无疑问，他现在是世界上这个领域最好的科学家，我非常为他骄傲。”塞林格说，“我也很鼓励他回国发展，这里有很好的机会。中国在量子通信领域已步入世界先进行列，这里有很大一部分是潘建伟努力的结果。”
  
 做盘“量子好菜”
  
 潘建伟掌握了先进的量子技术后，迫切地希望中国在信息技术领域抓住这次赶超发达国家并掌握主动权的机会。
  
 1997年起，他每年假期回到科大讲学，为中国在量子信息领域的发展提出建议，带动研究人员进入该领域。2001年，他获得中科院、国家自然科学基金委资助，在科大组建了量子物理与量子信息实验室。
  
 量子信息研究集多学科于一体，要想突破，须拥有不同学科背景的人才。有一手好厨艺的潘建伟知道，做盘好菜，需要各种各样的好原料。
  
 潘建伟将不同学科背景的年轻人送出国门，到德国、英国、美国、瑞士、奥地利等国学习锻炼。就这样，他的团队掌握了国际上最好的冷原子技术，最好的精密测量技术，最好的多光子纠缠操纵技术……
  
 近年，潘建伟团队已在《自然》《科学》《物理评论快报》等国际重要学术刊物上发表论文约200篇，被广泛引用。
  
 科学带来内心安宁
  
 实验中难免有让人灰心丧气的时候。但潘建伟说，做自己喜欢的事需要耐心，欲速则不达。“我愿意循序渐进地学习、工作。成功了，当然很高兴；不成功，也不觉得失落，就再来一次。关键是享受这个过程带来的乐趣。”
    
 “追求量子物理的奥妙，能让人获得内心的从容和安宁，如同阳光灿烂的春天，走在青草地上般心情愉快。”他说。
  
 潘建伟是爱因斯坦的崇拜者，大学时就喜读《爱因斯坦文集》，“爱因斯坦的散文是最深刻、最美的，对于我，那就是天籁之音。”
  
 “研究量子物理对我的性格、思想产生了影响。在牛顿力学里面，0和1，黑或白，要么绝对正确，要么绝对错误。但量子力学告诉我们，对错、好坏是很难界定的，这时人就变得包容。”
  
 潘建伟在繁忙工作中参加了很多科普活动，还创办了以科普为目的的墨子沙龙。他说：“建设创新型国家，必须培养公众的科学兴趣，提升公众科学素养，否则就不可能建成真正创新的国家。”
  
 摘取物理“皇冠上的明珠”
  
 时光飞逝。量子世界一如既往地怪异、难以捉摸。神奇的量子纠缠能在时空中无限延展下去吗？
  
 “至少现在理论是这样的，但也许量子纠缠会受到引力影响，它的品质会下降。而通过不断地扩展量子纠缠分发的距离，在实验上探寻量子物理和相对论的边界，我们可能对时空结构和引力开展前瞻性研究。”潘建伟说。
  
 下一步，潘建伟希望在地月拉格朗日点上放一个纠缠光源，向地球和月球分发量子纠缠。通过对30万公里或更远距离的纠缠分发，来观测其性质变化，对相关理论给出实验检测。
  
 “我已经47岁了，希望在60岁左右退休前，把这个实验做完。”他说。
  
 如果这个梦想能实现，潘建伟将摘取这个领域“皇冠上的明珠”。
  
 潘建伟认为，发展量子通信、量子计算技术是国家重大需求，自己义不容辞，而把量子世界最奇怪的问题搞清楚，是自己内心的原动力。
  
 “量子力学为什么会这么奇怪，这个基本问题根本没有解决，我们可能还处于出发点上。对我来说，为什么会有量子纠缠，是最深层次的东西，我始终没有忘记。我把实验做下去，将来可能搞明白。”潘建伟说。
  
 他也认为，科学理论与实用技术不应被割裂，自己愿意竭尽全力推动量子技术发展。
  
 “用量子手段可以做很多事情，例如做原子钟、精密测量，甚至可用来做癌症的早期诊断。操纵好量子，将为人类带来巨大福祉。”潘建伟说。