·2020年，76个光子的量子估算靶机“九章”在求解高斯玻色采样的特定问题上，速率是当时最快的精典超级计算机的100万亿倍。近日潘建伟团队早已实现了255个光子的九章3号估算截击机，它针对特定问题的求解能力早已比精典的超级计算机快1000万亿倍。
·当前我们正在研发第一颗中高轨量子卫星，计划2026年前后发射。同时，潘建伟称计划在中高轨卫星上搭载一颗超高精度的光钟，它的稳定度将达到10的-19次方，相当于时钟约一千亿年的偏差不超过1秒。
中国科大学教授、中科院量子信息与量子科技创新研究院教授、中国科学技术学院常务副院长潘建伟视频讲演。
“在2020年我们实现了76个光子的量子估算靶机‘九章’，‘九章’在求解高斯玻色采样的特定问题上，速率是当时最快的精典超级计算机的100万亿倍。以后我们的系统进行了不断的升级，近日我们早已实现了255个光子的九章3号估算靶机，它针对特定问题的求解能力早已比精典的超级计算机快1000万亿倍。”5月10日，在香港举行的第三届国际科技创新博览会（Expo2023）上，中国科大学教授、中科院量子信息与量子科技创新研究院教授、中国科学技术学院常务副院长潘建伟介绍了目前量子科技方面的工作和对此领域的未来展望。
潘建伟牵头研发了国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”，建成了国际上首列量子保密通讯骨干网“京沪干线”，并建立了首个空地一体的广域量子保密通讯网路雏型。
在会上，潘建伟透漏，“当前我们正在研发第一颗中高轨量子卫星，计划2026年前后发射。不仅要实现量子秘钥分发之外，这也为中高轨卫星量子精密检测提供了新的平台。”同时，潘建伟称计划在中高轨卫星上搭载一颗超高精度的光钟，它的精度达到E-19（10的负19次方）水平，相当于时钟约一千亿年的偏差不超过1秒。
以下为澎湃科技（）整理的潘建伟在Expo2023上的讲演实录：
2022年的诺贝尔化学学奖颁给了3位量子科技领域的先驱，以嘉奖她们借助纠缠光子实现了贝尔不方程的遵守（意味着纠缠粒子对确实是不可分离的整体，难以赋于其中每位粒子单独的局域性质），并为此开创量子信息科学。十分高兴的是，在2022年诺贝尔化学学奖的新闻发布会和科学背景介绍中，都对中国科学家的相关工作进行了重点介绍，包括“墨子号”量子卫星实现星地的秘钥分发、地星量子隐型传态以及我们近来的设备无关的量子秘钥分发的工作。
为了易于你们理解量子通讯干线，首先请容许我对量子叠加原理进行简略介绍。你们都晓得，在我们的日常生活中，一只猫在某一个确定的时刻只能处于活或则死状态上面的某一个。但是依照量子叠加原理，在量子风波当中一只猫可以同时处在两种状态。当把量子叠加原理拓展到多粒子体系，我们就可以得到量子纠缠的概念。诸如在量子世界当中的两只猫，可以同时处于活和死状态的相关叠加。这些状态如同两个色子一样，不论它们相距多么遥远，其中一个掷出的点数和另外一个一定是一样的。爱因斯坦将量子纠缠的这些现象称为遥远地点之间的奇特的互动。
在数学上任何两基态的系统（富含两个基态的量子系统）都可以拿来建立一个量子比特，例如我们可以用一个光子水平和竖直两种极化状态来编码一个量子比特的信息。对于两光子的量子系统就可以处在四个最大的极化纠缠之中，再通过贝尔不方程来检验量子热学被定义的过程，化学学家从中发展出可对量子系统进列宽精度调控的量子技术，进而造成了量子信息科学的诞生。
量子信息科学主要包括两方面的应用：第一，借助量子通信我们可以提供一种原理上是无条件安全的通信方法。第二，借助量子估算我们可以大幅度提升运算。
量子秘钥分发是最知名的量子通信合同，可以实现基于单光子的量子秘钥分发（Key，QKD），因而在两个用户之间形成安全的秘钥，再结合一次一密，就可以实现无条件安全的信息传输。同时，也可以实现基于量子纠缠的量子秘钥分发。
在量子估算当中，人们是借助量子比特来编码信息，借助量子叠加原理实现超快的并行估算，因而在原理上可以达到指数级的加速。大数分解算法是目前最知名的量子算法，例如要分解一个300位的自然数，借助每秒运算万亿次的精典计算机须要15万年，而用同样运算速率的量子计算机则只须要一秒钟。因而量子计算机可以应用在破解精典密码、天气预报、金融剖析和抗生素设计等多个领域。为了实现广义的量子通信网路量子通讯干线，我们可以借助光纤来建立城域量子通信，借助量子中继来实现两个城市之间的城际量子通信，在量子卫星平台进一步的帮助下，可以实现远距离的量子通信。
我国科学家经过近20年的努力，成功研发了世界上首颗量子科学卫星“墨子号”并在2016年8月成功发射。到了2017年9月，远距离光纤量子通信骨干网——“京沪干线”正式开通。结合“墨子号”和“京沪干线”，我们在广域量子通信网路雏型的技术上早已初步验证天地一体化的量子网路在原理上可行。而在量子估算方面，实现通用的量子计算机还须要长时间的努力。
为了确保该领域的健康发展，学术界设定了三个发展阶段。
第一个阶段是要实现量子估算的优越性，量子估算系统对个别特定问题的求解速率早已远远超过了精典超级计算机，凸显出量子估算本身的优越。第二阶段是建立专用的量子模拟器，拿来求解一些精典计算机无法胜任的特定复杂问题，例如低温超导机制等。最后第三阶段的目标是希望在量子纠缠的帮助下，实现通用的可编程量子估算。
在2020年我们实现了76个光子的量子估算靶机“九章”。“九章”在求解高斯玻色采样的特定问题上，速率是当时最快的精典超级计算机的10万倍。以后我们的系统进行了不断的升级，近日我们早已实现了255个光子的“九章”3号光量的估算截击机，它针对特定问题的求解能力早已比精典的超级计算机快1000万亿倍。
为了在未来实现全球化的量子通信，我们须要克服目前卫星量子通信所面临的困局。一是单颗的低轨卫星没办法直接覆盖全球；二是目前的卫星还只能在低区工作，而相应的解决方案是通过发射多颗低轨卫星来构成一个高效率的卫星网路。也就是说在所谓量子天秤的基础上，我们可以发射具有更长过境时间的中高轨卫星，借此来分发更多的秘钥。
而这种方案实现的一个根本前提，就是卫星能在太阳幅射的背景下工作。在2017年的时侯，我们早已实现在日光背景下的远距离自由空间量子通讯的地面实验，验证了量子通信是全天可行的，实现了实用化、低成本和轻量化的微纳量子卫星。
国际上首颗微纳量子卫星“济南一号”已经在2022年7月发射，它荷载的重量只有20公斤，与“墨子号”相比已然大幅度增加。当前我们正在研发第一颗中高轨量子卫星，计划2026年前后发射。不仅要实现量子秘钥分发之外，这也为中高轨卫星量子精密检测提供了新的平台。
我们借助中高轨量子卫星实现万公里量级的量子纠缠分发，在未来将利用全球化的纠缠分发将多个原子纠缠上去，因而大幅度提升原子钟的稳定。与此同时，我们计划在中高轨卫星上搭载一颗超高精度的光钟，它的精度达到E-19（10的负19次方）水平，相当于时钟约一千亿年的偏差不超过1秒。
借助高精度的光钟和高精度的光频标的传输，就可以实现全球化的高精度提高，相比当前微波损坏的确切度可以提升4个数目级，为新一代的秒定义提供了相应的技术支撑。在外太空因为磁场和月球引力的噪音非常微弱，所以在原则上光钟的稳定度可以达到10的-21次方。
借助超高精度的光钟和超高精度的光频传输，我们可以在外太空建立一个干涉仪，借助干涉仪举办一些数学学基本原理的检验，包括暗物质的侦测和引力波的侦测等等。
在量子估算领域，我们希望在未来的5年可以达到对数百个量子比特的相关操纵，打造专用的量子模拟器能帮助我们理解一些复杂化学系统规律，如低温超导的机理，量子霍尔效应等等。通过10至15年的努力，我们希望还能操纵上百万个量子比特，并实现量子纠缠，初步建立可编程的通用量子计算机。
更正：本文稍早之前的版本，将“光钟的精度达到E-19（10的负19次方）水平，相当于时钟约一千亿年的偏差不超过1秒”误写成“一年的偏差不超过1秒”，特此更正，并向读者致以敬意。
