引言：
近日，中国发生的“大事”，就是近期成功被中国的科学家们送上太空的全世界首个“量子科学实验卫星”——名曰：“墨子”。让我们来听听首席科学家潘建伟的一篇讲演。
《西游记》里的“千里眼”、“顺风耳”，在某种意义上早已被现今的电视和电话实现了。而“天上一日、地上一年”的神话也被相对论所否认，再者，孙悟空的分身术和筋斗云，我们如今能不能实现呢？
1月16日，由上海听道与“知识分子”联合举行的听道讲堂－知识分子专场上，刚才获得2015年度国家自然科学奖银奖的中国科学技术学院院长潘建伟，带来了有关量子通信与信息安全的精彩讲演。
讲演|潘建伟（中国科大学教授）
视频制做|天津听道
视频校对|邓志英
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我明天报告的题目叫作“神话、哲学、互联网与人类未来”。前阵子，我刚好在周庄，就出席了互联网会议。在会议中，我突然有如此一个理解，或许在古时侯同时期存在着两种人属，一种叫硕壮人，一种叫直立人，她们相互之间可能也会有些联系。硕壮人早已开始使用工具了，但是他的脑容量也挺大。直立人相对没有硕壮人这么健壮，而且她们发明了符号与基本的语言，可以挺好地交流，分享一些信息，正由于这个缘由，经过渐渐地进化，他就成为了我们现代人的先祖。
所以某种意义上讲，那种时侯就早已有一种信息的交互。假如我们不太较真的话，可以把它称作一种互联网的雏型。根据我的理解，正是由于有这样的信息的交互、有相互协同，在直立人的进化过程中起到了关键的作用。
关于互联网的将来，仍然以来有一个十分重要的话题，就是所谓的隐私保护。有了隐私的保护，我们就能保证思想的自由和思想的多样性，能够百家争鸣，例如像雅典大学等等，才能产生各类各样的创新。所以我认为在人类文明进化的过程当中，有两方面信息的交互很重要：人类相互交流想像显得越来越丰富量子通讯的原理，同时每一个人都要作为一个主体，有独立思索的能力。有这两方面的缘由，我们人才能自由地创造。
神话传说的化学实现
《西游记》里面有好多很有趣的概念。第一个就是“天上一日、地上一年”，告诉我们，天上的神仙时间会过得慢一点，她们活得时间会长一点，而地上的时间会过得比较快。有两个很有名的神仙，叫顺风耳、千里眼，发生在很遥远的地方的事情她们才能看到，也才能看见。
其实可能你们都读过这本书，其中最吸引人的就是美猴王。孙悟空有一个功能就是分身术，毫毛一拔，四处一扔，就变出很多个孙悟空。他还有另外一种十分强悍的功能——筋斗云。翻一个筋斗，就可以从一个地方消失，在另一个极其遥远的地方出现。这有点像我们前阵子见到的悬疑连续剧《星际穿越》里面的场景。
所以你们就问了，那些东西在我们现实生活当中究竟能不能实现？你们都晓得，得益于电动热学的完善，我们能进行无线电的通讯。在1888年，赫兹在卡尔斯鲁厄——德国的小镇，做了一个实验来验证电磁波是不是存在。在图的左边，有一个小线圈在发抖，当线圈通电以后，在很遥远的地方，按道理应当发生电火花。但由于他这两个实验室原本是在两个不同的卧室，所以他摇完之后赶快挪到对门卧室看，哪些也没有看见。好多年前我到这个地方去看过。赫兹后来把这个墙拿掉了，那边一抖，那儿即时的电火花就发生了，由于无线电波以光速传递，跑得太快了，他如何跑还是跑不过这个无线电。正由于有这种发明，后来有了电话，有了电视机，到如今我们用的手机，都可以现场实现千里眼、顺风耳如此神奇的功能了。所以我说，化学学真的特别有意思，它可以保证信息的有效传输。
刚刚双南院士早已提到相对论。狭义相对论和广义相对论都告诉了我们确实存在某种特殊的情况，有些地方时间过得慢一点，有的地方时间就过得快一点。例如在一个引力非常强的地方，一个小时甚至等于一个好远的地方的三年等等。这儿可以举个反例，双生子佯谬的问题。假如说有对双双胞胎兄弟，有一个是宇航员，坐着宇宙飞船在宇宙中进行快速的旅行。等他回去以后，他这个双生的兄弟，早已显得很老了。这样的现象，在化学世界、在高速飞行的粒子上面，早已能看见了。所以说确实也是可以实现的。
信息交互的未来挑战
因而我产生了这样一种观点：我们在唐代早些时侯有语言，通过口口相传，进行信息的传递、交互和共享。随即我们有了文字，也可以通过书本的传递，千里传书来传递信息。到了后来，随着科技的发展，第一次工业革命热力学的发觉，此后电动热学的运用，我们信息的传递效率和交互效率就显得越来越高了。到了现代，由于有计算机和互联网的出现，虽然整个月球都弄成一个村庄了。所以说，信息的交互十分重要。
有两个永恒主题将始终伴随着我们人类进化和社会发展：首先，如何来强化信息交互的效率，把信息中有用的知识提取下来，进行传播、共享？这是十分重要的。同时，要强化隐私的保护，来保证每位人思想的自由。例如说，假如我如今可以十分便捷地看见饶毅如今在想哪些，我可以控制他的思想的话，我们每位人都不可能进行自由的创造了。所以我认为，信息有效的交互和隐私的保护是我们人类未来的一个基本保证。倘若这三者都没有的话，那我们就没办法继续进化下去了。
信息科技的进一步发展，目前面临好多重大的问题：随着半导体晶体管的规格接近纳米量级，电子的运动规律就不再遵循精典数学学的规律了。并且目前所谓的超级计算机煤耗是巨大的，所以你们常常问：我们怎么来发展未来的计算机，能挺好地解决人类对估算能力的无限需求？这是第一个问题。与此同时，我们确实由于面临各类各样的问题：信息终端、服务器、传输的网路都有各类各样的安全问题，存在着监听和种种的黑客功击。
有一种解决方式，就是可以对超级计算机进行加密，但随着估算能力的降低，原先这些特别有效的加密算法也都早已被破解了。如此一来，你们都希望就能完善下一代的标准密码。但十分不幸的是，这种标准密码还没投入使用，又被发觉是不安全的了。你们可能还没有直接遭到过损害，其实网路犯罪每年给全球带来了大量的经济损失，愈发不用说由于种种可能的其他缘由，另外导致一些损失。
量子世界的“分身术”和“筋斗云”
我明天想跟你们分享的第二个观点，就是量子热学在近百年的发展过程当中早已为解决这种重大的问题做好了打算。
具体来说，第一个就是要适当借助量子世界的分身术。这得益于上个世纪的一些化学学家构建的量子热学。在日常生活当中，我要么在广州作报告，要么在广州作报告，我不可能同时在两个地方讲。这是精典世界告诉我们的：我们某个时间只能在某个地方。但在量子世界，它是十分有意思的，例如作为一个微观的客体，它除了在这儿，也可以在哪里，同时在很多个地方。
微观的客体在很多个地方同时存在，这是哪些意思？我举个反例。例如我从阿姆斯特丹到南京讲学，当时太累就睡著了。假定有两条航线，一条从基辅过来，一条从新加坡过来。美国还十分温暖，俄罗斯早已十分严寒了。到了南京以后，我看到饶毅，他正好到机场来接我。他说建伟，你是从哪条航线过来的？由于坐客机的时侯我睡觉了，没看我从哪一条航线过来，记得我当时睡醒的时侯，四肢是冷热交加。可他说你肯定是发生了错觉，你最好之后坐客机的时侯睁大耳朵，不要睡着。那我就很老实地坐1万次客机，结果发觉，随机的5000次我是四肢严寒，5000次我是特别地温暖。我就感觉十分放心了，就可以又睡着了。而且我又做了1万次实验，我发觉十分不幸的是，每次只要我睡觉了，睡醒的时侯总是在打摆子，就是冷热交加。
那为了解释这样的现象，在量子热学上面就说，第一，在个别特殊的情况下，假如说你没在看这个客体究竟是处于那个位置的时侯，在个别特定情况它可以同时处在两个位置。第二个又告诉我们，就是量子客体的状态，你只要轻轻地去观测一下，对它的影响就不可逆转了，并且是永久的、不可防止的、不可忽视的。
刚刚双南也提到，牛顿热学是一个十分美的理论。它告诉我们一旦一个粒子和这个体系的初始状态是决定的话，这么所有粒子未来的运动状态，按照F=ma这个等式我就可以预测下来了。假如我们人的所有的粒子都是由牛顿热学在控制的话，这么我们明天在这个地方开会、我们哪些时侯死、谁做生命学家、谁做化学学家，在宇宙大爆燃这个时侯就早已确定了。所以个人的努力是毫无意义的。
从这个角度上讲，量子热学比我们精典牛顿热学哲学，要愈发积极一些。量子热学告诉我们个人的行为、我这个体系的检测是可以影响世界的。所以从哲学上讲是十分积极的。具体来说，我们可以用粒子的状态来加载0和1的信息。在一个精典的世界，它只能处于广州或则上海，只能处于0或则1。到了微观世界以后，我们可以同时处于0和1的状态相干叠加。正由于有了这个相干叠加以后，新的定律就发生了。你若对这些状态去检测，都会对这些状态形成不可逆转的影响。它原本是处于冷热交加的，你一测它就显得冷或则热了。如此一来，量子热学告诉我们，未知的状态你是测不准的，这是量子不可克隆定律。
爱因斯坦除了是相对论的构建者，同时也是量子热学构建者之一。他就十分不喜欢这样一种不客观的理论。由于他觉得客观世界是独立于我们的意识而存在的。他说如何可能你去测一下，结果对这个状态会发生影响？
我画的这只猫，就是所谓活活加死死这些状态，它就属于量子纠缠态。这是哪些概念？例如说我到上海来，献给饶毅一个色子，我事先做好了，他的这个色子跟我这个色子是纠缠态。之后我回到北京去了，我就跟他说，饶毅，你扔手中的那种色子。他扔了好多次，把结果写出来，每次都是随机得到1到6上面的某一个点数。我就跟他说你第一次是多少，第二次是多少，我都可以猜得下来。这样的现象，我们把它叫作遥远地点之间的奇特互动。在2015年，那么一种现象基本在化学角度上被确证了，只剩一个很小的漏洞。这个是我们正在做的一个研究。
由此，我们说新的科学就诞生了。现代的化学学为我们传统的精典信息科学早已奠定了基础。有了量子的0加1以后，一些新的东西就诞生了。诸如，可以借助它来保证原理上的无条件的安全的通讯。假如将来可以立法，我们可以借助这些手段，保证我们的隐私。借助这些量子估算手段，它可以算得十分地快，可以有效地阐明复杂数学体系的规律。就是说，可以把估算能力和信息安全的两个问题都比较好地解决。
具体来说，例如说量子通讯，我们可以用量子秘钥分发。由于它是不可复制的，你去测都会被发觉。所以我们就可以有一种绝对安全的通信方法。虽然还有另外一种比较有意思的、利用这样的量子纠缠的概念。由于时间关系，就只用图来表示了。
例如说我在北京的班机延误了，但要在几分钟之内到上海，如何办？我坐客机肯定不行了，而且假如说上海和南京之间我有两团纠缠物质的话，我可以对北京的这个潘建伟和后面这些纠缠物质进行一种检测，把它都弄成一个个纠缠粒子，这么你会得到一组数，通过这无线电台可以把它发射到南京。到了上海以后，可以对这团物质再做一种所谓的幺正变换，就可以用同样多的物质把它给构建下来。这样一种过程，我们就把它叫作量子世界的筋斗云。
其实，要传送人、传送比较复杂的客体，还须要比较长的时间。并且，这样一种能力就保证了量子信息可以在网路上面走来走去了，这样就是多体多终端多自由度的量子隐型传态，它还能构成一种分布式的量子信息处理的单元。虽然我们所谓的计算机，也就是信息在这跑来跑去、处理的过程。假如借助这些过程，我们就可以来建立所谓的量子估算。
由于时间关系，我只举一个反例。例如说要求解一个10的24次方的变量的线性多项式组，用目前最快的海珠2号超级计算机大约须要100年左右的时间。而借助万亿次的量子计算机，虽然估算的频度比海珠2号要慢1万倍，但它只须要0.01秒就可以把这个等式给求解下来。所以它可以广泛地应用于抗生素设计、金融剖析、气象预报、密码剖析等等，用途是比较大的。
其实，也可以直接用于对一些数学问题的研究。由于数学问题研究愈发直接，它也须要有十分强悍的估算能力。有了这种理论以后我们就可以借助量子通信，来建立一个特别好的天地一体化的网路，有城域网、城际网，借助卫星实现的这些广域的量子通讯量子通讯的原理，就可以比较好地来保证我们的网络安全。
目前，我们正在做一些事情，例如说去年将开通上海到南京之间的一个量子保密通讯“京沪干线”，去年就会发射一颗量子卫星。量子卫星不仅做量子通信之外，还可以来检验一下刚刚所提到的遥远地点之间的奇特互动。这是我们在量子通信方面打算做的一些相关的事情。
另外在量子估算方面，虽然我们认为可能还须要一点路要走，并且早已有一个比较好的目标了，大约会用10年左右的时间，我们就能实现50个量子比特的操纵，它对个别问题的估算能力大约可以达到海珠2号的数千倍左右。
我认为，量子估算在不久的将来才能成为现实，所以总体上来讲，我们希望通过对量子通讯、量子估算的研究，才能为我们未来的互联网，或则我们人类的发展，提供一种愈发有效和愈加安全的信息交互方法。
这就是我明天想给你们分享的一些看法。