潘建伟的量子研究历程（量子通信绝对安全）

随着5G时代的到来，越来越多人意识到通信技术在当今科学界的重要地位。比如最近果粉真爱的iPhone 11发布了，在外观上除了“浴霸”摄像头被吐槽外，最被人诟病的就是新发布的产品居然不支持5G通讯，这样的情况在苹果年度旗舰上发生，可真让人难以接受。

5G引领未来

通信技术一直是科技行业最重要的领域之一。从书信，到电报，到电话，再到互联网，通信行业的科技无所不在。计算机之父图灵，因为找到了破译Enigma加密信息的办法，才成就其大名，大大缩短了二战中盟军的战斗时间，生生地将二战缩短了两年时间。信息传输过程的保密情况对于最终战果的影响深刻，长久以来，信息的破译与反破译就是一把双刃剑，你我来往，相当热闹。

图灵

信息保密问题绝不能儿戏，如果我们把自己完全暴露在“敌人”面前，我们绝对是寸步难行，每年报道的“泄密”“窃听”等等新闻不计其数，就在这样的信息科技发展时代，一步落后就得步步挨打。

凯撒密码

任何想要发送信息的人都希望自己的信息可以完全保密地传送到接受者那里去。为此很多人发明了各式各样的密码，远古时代有凯撒密码，又有多表替换，然后希尔密码，以及现在的RSA加密等等。虽然有些加密系统目前仍然没有被破解，但是他们都有一个共同的特征，就是在数学上，这是可破解的。只不过现在的技术水平想要破解还是比较困难的。于是乎，我们都在问这个世界上有没有一种传输信息的方式可以做到绝对安全，从理论上就没有被破解的可能性呢？我们很幸运，还真的有，这就是量子通信。

量子通信

量子通信是量子信息学的一个重要分支，它利用量子力学原理对量子态进行操控，在两个地点之间进行信息交互，可以完成经典通信所不能完成的任务。

量子力学从20世纪初创立到现在已经有100多年的历史了，从诞生一直饱受科学的质疑，微观世界反应出来的现象都是随机无规律可循。爱因斯坦曾经争对量子力学说过：“上帝是不会掷骰子的”，称其为“鬼魅般的超距作用”。

量子力学

其实量子作为一个数学概念，是“离散变化的最小单元”。就像光的量子是光子，在科学家对量子研究发现一种现象，当两个处于纠缠的粒子一旦分开，无论多远，只要对其中一个粒子作用另一个粒子也会立即发生变化，这种变化是瞬时产生。针对这种现象称之为量子纠缠。通俗点说像是“心灵感应”一样。而针对这样的微观世界的现象，把它应用到通信行业，就可以做到别人无法窃听更无法获取信息内容的绝对安全。因为一切的发生都是随机未知的，这更像是一本无法破译的“密码本”。

超时空的量子纠缠

1993年，法国物理学家贝内特率先提出来量子通信的概念，此后经过众多科学家从理论上对其进行严格分析，并一致认为量子通信可以在原则上做到绝对安全。为了让理论真正应用到实践中，科学家们下足了功夫。在量子通信领域，我国已处在世界领先的水平。2016年，中国发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，而作为中国量子通信第一人潘建伟居功至伟。

潘建伟

潘建伟，1970年出生在浙江东阳，从小就有着神童全部的特点，成绩优异，学习刻苦。1987年，他考入中国科学技术大学近代物理系。这是潘建伟第一次真正接触到量子力学的地方，微观世界的奇特现象让他为之着迷。当时国内量子世界的研究处于初期，很多知识只能建立在理论基础上，没有很好的条件能让潘同学在实践中检验量子力学的可靠性。1996年硕士毕业后，潘建伟深刻认识到必须要在现实里用实验现象来说明问题才行，不能只是停留在理论阶段，要走出去见见外面更加先进的环境。他来到了奥地利因斯布鲁克大学，跟着量子实验研究的世界级大师塞林格后面学习研究，在这里，潘建伟从理论人才变成了理论实践双人才。

实验室的潘建伟

潘建伟怀揣着一个梦闯入因斯布鲁克大学了，他希望在中国能有一个世界领先级别的量子物理实验室。为了追赶自己的中国梦，潘建伟一直不断努力，也通过自己的方式在国内带领了一大部分人进入量子物理学的领域。这为后来中国能在量子通信技术上领先世界的水平奠定了宝贵的基础。

奥地利因斯布鲁克大学

量子力学分类很多，但唯独量子通信让潘建伟死心塌地，他一心钻研到底是什么样的原因可以出现“量子纠缠”。在攻读博士的时候，他想到一个对量子态进行隐形传输的实验方案，既然量子纠缠理论已经得到普遍认可。基于这种理论，潘建伟把自己脑海中反复推敲无数遍的想法与他的小组成员进行分享，可是让他很费解的地方是居然没人附和。后经导师塞林格告诉他，有另外一个小组已经把量子态隐形传输的理论即将进行了实验，潘建伟听到这个消息感觉这一切恰好像是安排好的，这不就是为自己提前准备的嘛！而潘建伟迫不及待地加入到了这个实验小组，这也成为潘建伟走向顶尖量子通信领域的一块跳板。

顶级期刊 自然

功夫不负有心人，读博一年后，1997年，潘建伟所在的这个小组在《自然》上发表了《实验量子隐形传态》，这篇题为《实验量子隐形传态》的论文在后来在1999年还入选了《自然》杂志的“百年物理学21篇经典论文”，跟它并列的论文包括伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等。此后潘建伟在学术成果上不断有新的突破，但这并不是潘建伟的终点，自始至终他还未忘记最初的梦想，那就是用自己所学回报祖国。

DNA双螺旋

2001年开始，潘建伟着手准备中国人自己的量子实验室，他选择母校中科大作为梦想开始的地方。事实上一切都没想象的那么顺利，虽然这时候潘建伟已经在量子通信领域小有名气，但外界的质疑依然不断，很多人不了解量子通信领域，认为潘建伟研究的东西都是子虚乌有的，更多是为了圈钱等等，更有甚者还发文进行抨击论述把量子通信定义为伪科学。外界的干扰和诽谤并没有让潘建伟停止自己的研究，潘建伟萌发了一个更“稀奇”的想法，那就是把量子卫星送上天，利用天地链路做量子科学实验的想法。这种世界独创，也是对质疑者的最好回应。

量子实验室

中科大

从想法到现实是很需要积累的过程的，在这几年的时间，潘建伟把自己的团队不断巩固扩大，在学术论文上连连发布“重创”性的研究成果。在多次实验成功的基础上，潘建伟也终于有底气让自己的想法成为现实。2016年，集结了潘建伟心血的“墨子号”量子通信卫星在酒泉卫星发射中心成功发射。

墨子号成功发射

在量子卫星发射之前，潘建伟团队已经建立了陆基的量子通信线路，北京-济南-合肥-上海量子通信干线通过光纤在地面上实现传输接收。然而光纤并不是光子传播良好的介质，要突破无损提高传输质量，太空成为新的目标。“墨子号”也就在这背景需求下应运而生，“墨子号”量子卫星的成功发射及良好的实验结果标志着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，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究，奠定了坚实的科学与技术基础。

墨子号量子科学实验

作为国际上量子信息实验研究领域的开拓者之一，潘建伟的研究还在继续，量子通信这条路还有很多难题需要攻克。也许不久将来，量子通信的发展趋于成熟，以量子计算为终端、以量子通信为安全保障的量子互联网也将成为可能，那时候的世界会不会是充满科幻色彩一样，让人甚为期待。

潘建伟

时代需求成就英雄，在未来如果不能把核心技术掌握在自己的手中，那何谈真正掌握竞争和发展的主动权。幸运的是我国现在有这样的科学家，他们放弃外面良好待遇和宽松的研究环境，毅然回到祖国，即使祖国的条件并不是太好，但是祖国永远是他们这些具有责任感的科学家坚强的后盾。

真心希望越来越多的国人能够像潘建伟，施一公这样，学成归国，让自己的知识在祖国的大地上遍地开花。

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