在中央電視臺舉行2016年度感動中國人物頒獎典禮，濟南量子通信帶頭人、中國科學院院士潘建偉獲獎，“嗅每一片落葉的味道，對世界保持著孩童般的好奇，只是和科學糾纏，保持與名利的距離，站在世界的最前排與宇宙對話，以先賢的名義，做前無古人的事業(yè)！”組委會給予他如此頒獎詞。

20年前，奧地利，一位26歲的中國學生，面對導師的提問“你的夢想是什么”，他回答，“我要在中國建一個世界一流的量子物理實驗室”。這個學生的名字叫潘建偉。

2016年8月16日凌晨，中國量子衛(wèi)星“墨子號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，它是世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星，標志著目前中國在量子通信領域已經領跑世界。這個項目的首席科學家正是潘建偉。

量子通信，是目前理論上唯一被證明無條件安全的通信手段。量子衛(wèi)星的發(fā)射，意味著中國量子保密通信技術成功了一半。

設計要求快速飛行的量子衛(wèi)星能被地面的光學天線精準跟隨，這相當于在一萬米高空的飛機上往地面的一個儲蓄罐里投硬幣，還必須保證每個硬幣都能夠扔到儲蓄罐中。

量子世界

量子是光子、質子、中子、電子、介子等基本粒子的統(tǒng)稱，是目前物理世界已知的最小基本微粒。日常生活中無處不在的光就由大量光量子組成。在量子力學中，科學家聚焦的是：在單個原子或次原子粒子尺度上，物質與能量的行為和相互作用。相較于宏觀物理世界，量子有很多奇妙特性，諸如量子疊加和量子糾纏。其中，對通信最重要的影響是“量子糾纏”。量子信息學是量子力學與信息科學相結合的產物，它包括量子密碼、量子通信、量子計算機等，近年來，在理論和實驗上都取得了重大突破。

20世紀90年代，物理學家在理論上證明，對微觀世界的物體而言，借助神奇的“量子糾纏”，可以將物質的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠地點，而不用傳送物質本身。將量子力學理論和信息技術結合，通過對光子、原子等微觀粒子的精確操縱，信息編碼、存儲、傳輸?shù)忍幚矸绞綄l(fā)生革命性變革。

由于一個量子單元的行為能瞬間影響另一個量子單元，從而改變被測量物質的狀態(tài)，這一特性意味著，不可能實現(xiàn)對一個未知量子單元的精確復制。基于這一原理，科學家提出了量子密碼的概念，也就是用具有量子態(tài)的物質作為密碼。

量子密碼

量子密碼是應用量子糾纏效應來進行信息的保密性傳輸，它的優(yōu)點在于：不必在密碼編輯上勞神費力，甚至根本不用常規(guī)密碼，直接把信息以糾纏態(tài)方式發(fā)送，即可完美保密。原因是，當黑客闖入傳輸網絡，光子束會出現(xiàn)紊亂，每個節(jié)點的探測器都會指出錯誤等級的增加，從而發(fā)出受干擾警報；發(fā)送與接收雙方也會隨機選取比較，全部匹配才會確認信息沒有被竊聽。這樣一來，黑客就無法不留痕跡地闖入一個量子系統(tǒng)，甚至連嘗試解碼這一舉動，都會導致量子密碼系統(tǒng)改變原有狀態(tài)。當然，即便有黑客成功攔截獲得了一組密碼信息的解碼鑰匙，也僅是亂碼信息，而在完成這一舉動的同時，也導致了密鑰的變化。當合法的信息接收者檢查鑰匙時，則可以從量子態(tài)的改變中知道密碼曾被截取過，一旦發(fā)現(xiàn)破綻，就會馬上更換新的密鑰。

安全鑰匙

量子密碼的出現(xiàn)使密鑰的安全性產生了全新變化。將量子密碼應用于量子通信系統(tǒng)中，就成了量子保密通信。隨著量子通信技術產業(yè)化和廣域量子通信網絡的實現(xiàn)，用不了太多時日，量子保密通信作為保障信息社會通信安全的關鍵技術，將會走向大規(guī)模應用——廣泛應用于政治、經濟、科技、金融等重要領域，為信息化社會提供基礎的保密服務和最可靠的安全保障。

超級速度

除了安全保密外，“神速”也是量子通信的另一大優(yōu)勢。傳統(tǒng)通信的算法基礎是0或1，而量子通信是量子單元，不僅含有0或1，還有0和1共存的狀態(tài)，所有單元可同時完成邏輯運算，同時完成多重任務。量子計算機的這一特性，注定了量子通信的速度將比現(xiàn)在的通信速度大大提高。例如，4G網絡延遲時間為50毫秒，無線電信號從火星傳到地球要延遲十幾分鐘。而采用量子通信技術，不受傳輸距離影響，可消除延遲現(xiàn)象，實現(xiàn)“即時”通信。在未來，量子通信即時溝通的優(yōu)勢將大有用武之地。

顯而易見，量子特性在信息領域中有著獨特功用，在提高運算速度、確保信息安全、增大信息容量等方面，將突破現(xiàn)有信息系統(tǒng)的極限。量子通信可以從根本上杜絕竊密，確保信息安全，并能夠極大提高信息處理速度。量子通信大規(guī)模推廣應用后，“量子互聯(lián)網”將順理成章取代現(xiàn)如今的互聯(lián)網。

量子商業(yè)化

而量子信息技術實用化的難點在于，對多粒子糾纏的操縱，這也是量子信息處理的核心物理資源?？茖W研究證明，要實現(xiàn)有實用價值的量子模擬機和量子計算機的基本功能，起碼要實現(xiàn)幾十到上百個量子比特的糾纏。目前，科學家僅能一次性將12種粒子糾纏起來；而量子計算機要實現(xiàn)商業(yè)化應用，至少需要將這一數(shù)字增加數(shù)十甚至上百倍?？磥恚孔油ㄐ诺碾A段性成果觸手可及，而有決定性意義的成果還需再接再厲！

量子技術：帶來無限可能

當然，量子理論的應用遠超計算和通信領域，量子科學帶來無限可能。正如愛因斯坦所說：“我們現(xiàn)在所看到的只是一個尚未完全理解的真正實體的局部?！蓖ㄟ^量子理論，人類將有機會在微觀和宏觀世界之間架設橋梁。

總之，利用量子理論來變革信息技術，有望實現(xiàn)對信息處理能力的革命性突破，量子計算機和量子通信不只存在于科幻小說中，而是越來越接近現(xiàn)實世界。量子科技在推動人類社會文明進步方面將發(fā)揮顛覆性作用，要進一步創(chuàng)新技術和變革理念，以更好地操控多粒子糾纏，進而推動量子產業(yè)發(fā)展壯大。