精准测量过去测不到的信号！量子科技这样改变你我生活→

　　量子科技，虽然很神秘，但是离我们却并不遥远，它作为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域，在提升计算处理能力、加强信息安全保护能力、提高传感测量精度等方面，具有重大科学意义和战略价值。现在，信息安全问题变得越来越重要，传统的加密技术只能在一定程度上保护通信安全。那有没有一种不可破译的保密方式，能让传送的信息绝对安全可靠呢?我们来看量子通信技术是如何让梦想成为现实的↓↓↓

　　黑客侵入无人驾驶汽车，指挥上千辆无人汽车拦截追杀;超级跑车狂奔街头，从大楼倾泻而下，下起“汽车雨”……这是一部影片中的经典镜头。也从一个侧面展现出自动驾驶汽车数据被盗后的严重后果。那么，怎么避免片中的情况发生，让我们的数据得到安全保护呢?

　　安徽省量子信息工程技术研究中心资深系统专家 蒋连军：如果采用量子加密(通信)的技术，是能够抵御黑客入侵的，量子加密是一种不可被破解的加密技术。

　　蒋连军说的量子保密通信，基于量子不确定且不可克隆的物理特性。它使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥，来加密和解密消息，可以实现信息的安全传输。但要走向广泛应用，还要解决远距离传输等问题。为了实现广域量子通信，早在几年前，我国就建成了国际上首条远距离光纤量子保密通信骨干网，它被业内人士称为“京沪干线”。

　　安徽省量子信息工程技术研究中心资深系统专家 蒋连军：“京沪干线”实际上是我们的第一条远距离的量子保密通信的试验示范网络。

　　目前，我国在北京、济南、合肥、上海均有内部量子网络，“京沪干线”做的事情，就是在此基础上，通过32个节点(包括两端)把它们连接起来，用我国科学家研制的终端系统实现量子密钥分发。也就是说，量子保密通信不再局限于某一城市内的通信安全，在从北京到上海的这段范围内，可以以一种前所未有的安全性，传输秘密信息。

　　安徽省量子信息工程技术研究中心资深系统专家 蒋连军：“京沪干线”连接了像沿途的一些城域网，城域网下面有各类的用户，包括这个干线本身也有一些用户，他们通过“京沪干线”，跟干线上其他网络用户能够进行通信。网络形成了之后，才具有这种规模化的效应，然后才能够吸引更多的C端的用户加入进来。

　　其实，在我国科学家设想的星地一体广域量子通信网络里，“京沪干线”仅是其中一环。与“墨子号”卫星的连接，实现星地量子保密通信，并通过卫星中转实现可覆盖全球的量子保密通信。如今，京沪干线上的量子密钥分发设备，经过更新迭代，体积越来越小，功能越来越强。

　　中科院特聘学者 陈建：比如智能驾驶，智能驾驶通讯就是汽车、手机和遥控钥匙之间，但是如果这三方之间用量子随机数做每次通讯的一次加密，那即使被截获了也是每次都是随机加密的密码，对于黑客来说永远无法破解;比如说智能家居场景，我们现在家里有摄像头有智能门锁等等这些场景，那这些如果用这样的随机数加密的话，我们可以在里面内置量子存储的芯片，通过账号密码加随机数这种二次健全的方式，避免我们账号密码泄露导致的信息安全的泄露。

　　“墨子号”完成使命 中高轨量子卫星已在研发

　　要实现远距离的量子保密通信，离不开世界上第一颗量子科学实验卫星“墨子号”。那么，“墨子号”是怎么运行的?都有哪些使命?总台记者专访了“墨子号”卫星总指挥、中科院院士王建宇。他表示，“墨子号”已经完成使命，接下来要研发第二代量子科学卫星。

　　中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员 王建宇：这个是当年我们做“墨子号”的时候，真实的(望远镜)备份件，它就是光学系统里面拆出来最核心的部分，这个已经时间有点长了，保留下来了。

　　“墨子号”主要是一个光学(设备)，它的研制是在国际上没人做过的，很多事情是第一次做的，比如说我们当时碰到第一个最难的，就是上千公里远卫星的飞行速度，是每秒钟要七点几公里，就怕找不到，这个是最难的，我们叫捕获跟踪，当时也曾经想(从国外)引进这个技术，人家就告诉我们不可能卖给中国，所以我们自己想尽一切办法研制，也克服了很多困难。到“墨子号”上天以后，我们做的跟瞄技术是全世界最好的。

　　我们已经利用“墨子号”，做了很多量子加密的保密通信了，验证了量子纠缠这个现象，在1000多公里也是存在的。

　　“墨子号”当时的设计寿命是两年，但是卫星做得比较好，实际上我们半年就把任务都完成了，后面科学家们还做了大量的另外的科学实验，到目前为止“墨子号”已经光荣退休了，到现在已经8年了，寿命超过非常多了。

　　这个大小就是我现在做的新一代量子卫星，中高轨的量子科学实验卫星，做更新的科学实验和超万公里的量子通信实验，它要放到最高3万多公里(的地球同步轨道)去，所以灵敏度要高非常非常多，我必须把这个望远镜口径做大，这个工程现在刚刚开始。

　　五百比特规模量子云算力集群向用户开放

　　我们都知道，跟传统的计算机相比，量子计算最大的特征就是速度快、算力高。最近，北京量子信息科学研究院联合中国科学院物理研究所、清华大学就推出了“大规模量子云算力集群”，五台百比特规模的新一代量子计算系统，通过与经典计算融合，可以形成集群协同工作，推动量子计算走向应用。那么，这个量子计算系统能推动哪些领域的重要变革呢?

　　总台记者 袁嘉忆：我手中有一枚硬币，当它处于静止状态的时候，我们可以将它类比成一个经典比特，也就是经典计算机当中最基本的逻辑单元，它每次只能表示正面朝上或者反面朝上的其中一种状态。而如果我们将这枚硬币旋转起来，它就可以同时表达正面朝上和反面朝上两种状态的叠加，这就好比是一个量子比特，也就是量子计算机的基本计算单元。而在量子力学当中还有一个神奇的性质叫做量子纠缠，当大量的量子纠缠在一起，它们所形成的计算空间会带来指数级的增长，而他们所形成的计算能力也会可能有指数级增加。

　　北京量子信息科学研究院研究员 金贻荣：算力的背后是能源。一个大的计算中心能耗往往差不多能相当于一个小型到中型的发电站。量子计算的算力是随着(量子)比特数指数增长的，但是增加一个(量子)比特能耗增加是非常非常小的，也就是说我们有可能在远低于经典计算机能耗的情况下，去实现更高的算力。

　　总台记者 袁嘉忆：我身边的这一台就是量子计算机，它包括了稀释制冷机，和可以对所有量子比特进行精确操控的电子学设备。而如此庞大的量子计算机，核心部件其实就是我手中的这一块超导量子芯片，这也是我们量子计算能力的关键。在这块小小的芯片上，承载了100多个量子比特。这是个什么样的概念呢?50个比特的量子计算就被认为具有量子优越性，也就是在执行特定任务的时候，计算能力超过了传统的超级计算机，而对于量子计算机来说，每增加一个量子比特，它的计算能力就提升了一倍。今年，北京量子院让五台这样百比特规模的量子计算机在云端互联互通、协同工作，向全球用户免费开放。您只要连上网络，就可以体验量子计算的“超能力”。也就是说我们不必人手一台量子计算机，却人人都可以进行量子计算，而这也是量子计算从实验室走向应用的关键。

　　这个最新上线的量子云，可用物理比特数超590个，其中保真度最高的芯片达99%，综合指标进入国际第一梯队。量子计算云平台的开放，将对人工智能、药物研发、新材料研发、供应链优化等强算力需求的领域带来重大变革。

　　北京量子信息科学研究院研究员 金贻荣：举个例子，制药其实本质上是一个分子结构的计算，目前如果我们要去精确计算一个分子的结构，它的基态，实际上原子数达到100这个规模的时候，经典计算机就已经算不动了。但我们现在做药物设计，我们面临的蛋白质分子，基本上都是在千、万，甚至十万个原子这样的规模，经典计算机就很难去计算。如果我们有了更强的算力，我们就可以直接去精确计算这样的分子结构，这个对于药物研发来说就会带来非常大的效益。

　　量子测量：精准测量过去测不到的信号

　　20世纪初，实验物理学家只能被动观测微观世界的分子、原子、光子的量子态，如今已经可以主动的人工制备，并且控制这些量子态执行一项项精准测量的微观操作，我们以前看不见、看不清的微观世界现在也能看见看清了。那么，量子测量究竟能让检测有多精准?

　　总台记者 信任：日常生活中，钻石可以做成各种各样好看的饰品佩戴，而我手中拿的这颗钻石，在量子科技领域的实验中，经过一系列复杂的工序，它能变成一个量子NV色心传感器的核心器件，就像是一个超级放大镜，去测量微观世界当中各种神奇的现象。

　　通过特殊工艺的制备，将组成钻石晶格的一些碳原子剔除，并将邻近的碳原子用氮原子替代，形成独特微观结构，从而制作出NV色心传感器。科学家利用它去测量周边的磁场，最小可以观测到单个分子的磁共振信号，开启了微观世界磁共振检测的技术路径。

　　浙江大学校长、中国科学院院士 杜江峰：从一个物质组成来说，我们现在就做一个原子级的传感器。目前这个传感器的灵敏度，在国际上是可以做到最好，类似于一个头发丝上一个镜面上，我们(有)上百个传感器。

　　要测量微小的物质，测量工具就要比它本身更小。基于金刚石NV色心，杜江峰院士科研团队研制出了比细胞和分子更小的传感器，用于量子精密测量。科学家通过量子精密测量来寻找暗物质、暗能量的踪迹;实验室可以用它做超导材料、高压物理研究等;在生命健康领域，量子精密测量可以实现生物标识物的超灵敏检测，未来可以用来做神经、癌症等疾病的早筛、药物研发的药效评估等。

　　浙江大学校长、中国科学院院士 杜江峰：我们到医院去做磁共振影像，现在大概一台最好的仪器基本上是可以达到0.5个毫米的分辨率。我们现在这个仪器可以做到，头发丝直径的100分之1的，(能看清)细胞的内部影像。

　　让过去很多测不到的信号都得到精准测量，量子测量技术的发展，使得各类新型量子传感器逐步走出实验室，支撑下游产业的先进测量技术创新，将量子技术赋能各行各业发展。

　　伪“量子”五花八门 一招教你辨真假

　　随着我国量子科技的不断突破，借此造假的骗局也不断刷新。有些打着“量子”旗号的各种“高科技产品”，真的和“量子”有关系吗?

　　中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员、科技传播系副主任 袁岚峰：实际上其实有一个非常简单的判断标准，量子技术指的是什么?量子通信、量子计算和量子精密测量，但凡是有人跟你说什么量子鞋子、量子袜子、量子保健品、量子美容品的肯定全是假的。

　　袁岚峰提醒，市场上标称为量子+生活用品的都是虚假宣传。不过，随着量子科技的不断突破，应用场景逐渐向纵深拓展，这项看似“高冷”的前沿科技，已悄然应用于不少领域。

　　中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员、科技传播系副主任 袁岚峰：实际上有一个我们每天都在用，但是大多数人可能没有意识到，它属于量子产品，这个东西就是卫星导航系统。还有一个新兴的应用，就是量子保密通信。实际上它已经有几百万的用户了。

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值班主任：李欢