量子科学研究将怎样改变我们的生活？华商报记者采访西安交大专家为您解读

　　 2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。
　　 量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，单光子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和不可破解，从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全，可从根本上、永久性解决信息安全问题。
　　 量子卫星2011年12月立项，是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。其主要科学目标一是进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；二是在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，在空间尺度验证量子力学理论。工程还建设了包括南山、德令哈、兴隆、丽江4个量子通信地面站和阿里量子隐形传态实验站在内的地面科学应用系统，与量子卫星共同构成天地一体化量子科学实验系统。
　　 潘建伟表示，量子卫星的成功发射和在轨运行，将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。
　　 中共中央政治局委员、国务院副总理刘延东在北京航天飞行指挥控制中心通过视频全程观看发射活动，并向量子科学实验卫星的全体参研人员致以热烈祝贺和亲切慰问。
　　>>解读
　　“量子科学研究，
　　慢一步就没有国家安全”
　　 量子科学研究都有哪些重点，将给未来的世界和我们的生活带来怎样的变化？华商报记者采访了一直从事这方面研究的西安交通大学副教授、博士生导师、“陕西省量子光学与光电量子器件重点实验室（筹）”副主任张沛。
　　传统计算机1亿年的计算量
　　量子计算机3分钟搞定
　　 “量子科学研究涉及的范围很广，除了量子通信、量子计算，还有量子成像、量子测度学、量子生物学等。其实，所有从量子层面开展研究的学科都会冠以‘量子’二字，这些研究的理论基础都是量子力学理论，因为这个理论描述了微观世界的运动规律。”
　　 张沛介绍，除了因为量子通信卫星发射而被大家重点关注的量子通信之外，另一个非常重要的领域就是量子计算。“传统计算机中的每个比特位只有0和1两种状态，而一个量子比特位可以有多个状态。如果把我们常用的电脑比作一个拥有双手的人，一个时间段只能做一件事情；而量子并行计算，则相当于一个拥有2的n次方双手的千手观音，可同时做2的n次方双手可以做的事情。正是由于这个原因，64位的量子计算机运算速度是64位经典计算机的2的64次方倍，即18万亿倍，也就是说，传统计算机1亿年的计算量，量子计算机3分钟就可以搞定。”
　　未来量子计算机普及
　　地震有望实现提前预报
　　 如果有一天量子计算机普及了，世界会变成什么样子？张沛说，到了那时候人们的生活会更加轻松安逸，很多以前做不到，甚至想象不到、不敢想的事情都可能成为现实：“比如，由于量子计算机可以处理很大的数据，以后的天气预报可以预报得无法想象的精准，地震灾害等有可能实现提前预报，为应对疾病而进行的疫苗研制及药物设计速度会更快，公众看电影可以达到比3D、4D、5D更加逼真的身临其境的效果……”
　　借助量子技术还可做到隐身
　　飞机可配体积小的量子雷达
　　 有外媒报道称，依靠量子隐形传态能制造出一种分辨率极高的望远镜，对此，张沛表示，这是有可能的。“和传统摄影摄像技术相比，量子成像具有高分辨、超灵敏的特点，还可以拍到被东西挡住的隐藏在阴暗角的场景，这种透视效果一般照相机做不到；它不需要闪光灯，光线非常微弱的场景也能拍摄；也不需要镜头和CCD等光敏元件。
　　 “此外，量子技术还可以隐身。利用量子光学理论，可以设计出一种负折射率材料。常规材料的折射率一般都是大于1的，而这种材料的折射率小于1，如此一来就会出现很奇特的现象：穿上用这种材料制作的衣服后，你面前的人看不到你，但如果用手摸的话，还可以摸到……”据张沛介绍，此外，可以做量子雷达，只要一个像素大小的点就可以对宽广区域进行监控和成像，将来飞机等交通工具上可以很方便地配备这种体积很小的雷达。”
　　欧盟10亿欧元布局为赶上中国
　　美国已启动“微型曼哈顿计划”
　　 由于量子科技可能成就一批颠覆性技术，所以各国都在备战量子科技。“快一步就拥有很多优势，比如可以制定规则和标准，慢一步就可能受制于人。想象一下，如果哪个国家先一步制造出了量子计算机，别的国家却一直落后，这会是什么样的局面？其信息安全甚至国家安全都可能受到威胁。”
　　 张沛介绍，今年3月欧盟委员会发布《量子宣言（草案）》，计划于2018年启动10亿欧元的量子技术项目。美国国防预研局（DARPA）目前也已启动了“微型曼哈顿计划”，主要内容是研制量子计算机。“‘曼哈顿计划’是研制原子弹的。把量子计算机和核武器相提并论，可见他们有多重视。总的来说，当前我国侧重于量子通信研究，在这方面我国走在世界前列；而在量子计算研究方面，美国则走在前面。”张沛说。 华商报记者 马虎振
　　>>揭秘
　　“四种武器”挑战四大实验任务
　　 目前，国际上还没有一个国家将量子科学实验送入空间，量子卫星的研制没有任何经验可循，过程充满了困难和挑战。
　　 中国科学家在量子卫星上搭载了自主研发的“四种武器”：量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子实验控制与处理机。同时，在地面建设了科学应用系统，包括1个中心——合肥量子科学实验中心；4个站——南山、德令哈、兴隆、丽江量子通信地面站；1个平台——阿里量子隐形传态实验平台。
　　 卫星与地面站共同构成天地一体化量子科学实验系统，在两年的设计寿命期间将进行四大实验任务——星地高速量子密钥分发实验、广域量子通信网络实验、星地量子纠缠分发实验、地星量子隐形传态实验。
　　 量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍，实验大致分为三类：第一类是进行卫星和地面之间的量子密钥分发，实现天地之间的安全通信，如果4个地面站任何两两之间都可以实现安全的通讯，即可实现组网；第二类相当于把量子实验室搬到太空，在空间尺度检验量子理论；第三类是实现卫星和地面千公里量级的量子态隐形传输。
　　>>影响
　　未来手机上或有量子加密芯片
　　 中国16日成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，将推动量子通信的发展。未来量子通信如何影响普通人生活？
　　 美俄专家表示，量子通信是确保信息安全和防御黑客的最好选择，量子卫星将让中国在防御黑客方面走在世界前列。
　　 量子卫星首席科学家潘建伟表示，量子通信的应用前景就像电话的普及过程一样，将逐步进行，蔚为可观。“一开始，量子通信可能会应用于国防、金融、政务、科学研究等，之后会在大众中广泛应用。”
　　 基于个人判断，他给出了一个量子通信技术普及的“时间表”：5年左右很多机要部门开始应用，10年左右金融业、银行等大机构开始使用，15年的时间或许走进千家万户。“届时，每个人的家里、手机上或许都会有一个量子加密芯片，银行转款、电子账户等的涉密操作，都不用担心被盗用或者攻击。”潘建伟表示，这需要一个过程，依赖于量子通信网络的建设，应用成本也会逐渐下降。
　　>>反应
　　国际科学界“点赞”中国量子卫星
　　 中国16日成功发射全球首颗量子科学实验卫星，国际科学界人士对此纷纷“点赞”，并从各自角度解读了量子卫星的意义，以及对人们生活的影响。
　　 正如奥运赛场上的金牌总是备受关注，中国量子卫星的“第一”属性也是国际科学家们强调的重点。美国波士顿大学的量子物理学家亚历山大·谢尔吉延科说：“这个事确实很让人激动，因为它是首次开展此类实验，因此对全球都有重要意义。”
　　 感到激动的还有英国剑桥大学量子物理学教授阿德里安·肯特，他认为，这是为使用量子技术构建全球性安全通信网络迈出的“第一步”。
　　 德国整合量子科学和技术中心负责人托马索·卡拉尔科说：“中国发射全球首颗量子卫星意义重大，在实现全球安全量子通信的道路上迈出了决定性的一步。”
　　 俄罗斯量子中心的“量子通信研究团队”负责人库罗奇金说：“在未来量子计算机时代，只有量子通信能够保证信息安全。” 本组稿件除署名外均据新华社　

 华商报2016年8月17日http://ehsb.hsw.cn/shtml/hsb/20160817/607190.shtml