飛象網(wǎng)訊 10月9日消息，由騰訊公司、中國電子技術標準化研究院等企事業(yè)單位共同創(chuàng)辦的“2016第二屆中國互聯(lián)網(wǎng)安全領袖峰會”在北京國家會議中心召開，飛象網(wǎng)為您作全程直播:
以下是中國量子科技領域的泰斗、中科院院士、量子信息和量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心主任潘建偉的視頻演講：
大家好！我叫潘建偉，來自中國科學院，主要從事量子信息方面的研究工作。這些年來在國家有關部門和各界支持之下，我國的學者在量子通信領域取得了一些比較好的進展，量子通信作為目前為止唯一被證明更加安全的通訊方式，可以從根本上解決通訊安全的問題。
隨著國內各個團隊的合作，隨著量子衛(wèi)星“墨子號”的發(fā)射和量子京滬干線的建成，我國在量子通信應用方面已經(jīng)走在了世界的前列。當然，目前我們也面臨著比較嚴峻的來自與歐洲和美國的競爭，非常信心在國家有關部門和各界的支持下，能夠繼續(xù)保持領先的地位。
因為特殊的原因，非常遺憾今天不能參加峰會，我衷心地祝愿第二屆中國互聯(lián)網(wǎng)安全領袖峰會取得圓滿成功，謝謝大家。
（主持人：雖然潘院士不能親臨現(xiàn)場，但他剛才提到墨子號和量子通信京滬干線，今天委托了他的助理，國家發(fā)改委、中科院量子物理與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心、京滬干線的總師陳宇翱教授為大家?guī)硇铝孔痈锩难葜v。）
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陳宇翱的演講：
非常容幸能夠參加今天的峰會并與大家分享我們在量子信息方面做的一些工作。我今天報告的主題是想通過接下來半個小時的時間對量子信息的回顧和展望。
量子力學在上世紀建立以來催生了和生活相關的科技，包括晶體管、激光、巨磁阻等我們現(xiàn)在生活離不開的一些技術�；仡^來看這些應用都是從上至下的過程，是對宏觀量子效應的被動觀測的應用的展現(xiàn)。
舉一些例子，比如說重大的應用核能。核能在研制過程中，發(fā)現(xiàn)我們從前的計算跟不上要求了，導致現(xiàn)在的通用計算機的產生。在研究相對論過程中，在研究粒子對撞機的時候海量的數(shù)據(jù)下傳導致了互聯(lián)網(wǎng)的產生，對于精密測量時鐘的研究導致了GPS的產生。
20世紀在研究量子力學和相對論的過程中產生的信息科學為人類帶來了科技方面的巨大的進步。
隨著科技的進步和發(fā)展也產生了一些瓶頸。以信息科學為例，盡管目前人類對于計算機的能力需求與日俱增，某種程度上是貪得無厭的，但全世界的計算機的計算能力很有限，加起來也沒有辦法完成2的80到90次方數(shù)據(jù)的搜索。
我們用的密碼只是0和1，不用別的，當你的密碼達到90位的時候，全世界的計算機加起來要掃描一年才能勉強掃出來。另一方面，剛才也講到了信息安全的一個瓶頸，我們無所不在的斯諾登事件告訴我們有芯片有后門，包括去年《紐約時報》報道NSI監(jiān)聽google和亞馬遜的數(shù)據(jù)中心，本身它不需要監(jiān)聽數(shù)據(jù)中心，只需要對傳輸線路監(jiān)聽就可以獲得所有的信息。
隨著我們計算能力越來越高，我們所有傳統(tǒng)的加密體系都基于計算的復雜度，隨著計算能力越來越強，一旦有量子計算，所有依賴于計算復雜度的傳統(tǒng)的加密算法原則上都可以被破解。而在過去100年的發(fā)展中，非常有意思的是，量子力學在發(fā)展中已經(jīng)為解決這些問題做好了準備。
首先我簡單介紹一下量子力學，量子力學是這五位先驅普朗克、愛因斯坦、玻爾、海森堡、薛定諤建立了量子力學，量子是能量的最小單位，我每次按翻頁它發(fā)出去的電波含了10的九次方的量子，每按一下就會發(fā)到接收器上，就會產生。
它有不同的表現(xiàn)形態(tài)，比如激光不停地衰減到最后就成為粒子化了，分到最后不能再繼續(xù)往下分，別的系統(tǒng)原子、粒子都可以是量子形態(tài)。
量子有一個和我們現(xiàn)在的世界不一樣的地方。經(jīng)典世界里，一個人要么在這里，要么在那里，像潘院士的時間和現(xiàn)場形成沖突了，他就沒有辦法到現(xiàn)場來匯報。
但量子世界里不一樣，同時可以處在不同地方的疊加態(tài)上，如果在量子世界他就可以分身過來。但量子非常脆弱，你不能看他，一看他，他的分身就會坍縮。這個我不多講了。
當我們把信息加載到比特上和經(jīng)典的不一樣，經(jīng)典的要么是0要么是1，但量子可以處在疊加態(tài)上。著名的“薛定諤貓”能夠處在復合態(tài)度上，當光運行的時候可以水平震動，也可以垂直振動，也可以處在疊加態(tài)上振動。
有一個未知的量子態(tài)我對它進行測量，如果不在水平豎直的基礎上進行測量的時候，它會以一定的概率反射，我不能對它進行完美的測量，這是“測不準原理”。
另外有一個很有名的量子疊加可以推導出量子不可克隆定理。假設我有一個克隆機，經(jīng)典的很簡單，一張紙對它掃描一下，重新打印出來就是從一張白紙變成了兩個一模一樣的白紙。
但假設我有量子，左邊是的0和1是目標位，右邊是靶位，如果有電子克隆機，剛才我們講過它處于疊加態(tài)上，當我們輸入0+1的時候，它是00+11的疊加態(tài)。它不等于我們想要的0+1和0+1克隆的輸出。這么簡單的公式可以知道一個未知的量子態(tài)沒有辦法被精確的克隆。
剛才講到00+1實際上相當于把量子疊加運用到多個量子上，形成了量子世界更為讓人著迷和疑惑的量子糾纏。當這兩個色子綜合到一起，無論放在多遠，比如一個放在地球上一個放在月球上，每次測量，這邊一測量那邊的結果也是跟著一模一樣的。
愛因斯坦叫這個是“遙遠距離的皈依的互動”，他一輩子都不愿意接受這個事情，他認為當這兩個粒子分割到足夠遠的時候，你扔色子的時間乘光速比這個距離還遠的時候，他認為這個信息無論如何也傳不過去，對一邊的測量不會對另一邊進行改變，但量子力學告訴我們這個改變是瞬間發(fā)生的，這就是量子糾纏。
當時在量子力學建立后，一方面是宏觀應用，另一方面少量的科學家從人工調控、量子疊加、量子糾纏出發(fā)，從一個從上至下的過程中發(fā)生出了一系列的技術，為剛才我講的一些瓶頸得到了解決手段，催生了量子通信科學，它有無條件計算能力的飛躍，對物理系統(tǒng)的模擬。
接下來我介紹一下量子信息科學的東西。
量子通信，包括了量子密鑰分發(fā)和量子隱性傳態(tài)。上面利用量子的方式傳遞密鑰用于安全經(jīng)典的通信，而量子隱性傳態(tài)當你需要傳送的東西是量子態(tài)的時候怎樣傳送。
剛才我們講過量子不可分割，單光子不可分割，一旦有人試圖看它的時候它會被改變，我們可以利用單光子構建這樣一種通信方式，一旦有人竊聽一定會被發(fā)現(xiàn)。
接下來我們怎么做，如果想要建立密鑰，建立保密通信，先發(fā)密鑰再檢查這個密鑰有沒有被竊聽，確保這些密鑰沒有被竊聽后我再來通過密鑰加密信息，這個信息從公用的信道傳統(tǒng)光纖上傳遞就可以了。
這是一個原理上無條件安全的通信方式，它是基于量子力學的基本原理，從根本上解決了信道之間的安全性的問題。本身這個密碼完全隨機和一次一密的安全性是相容在上個世紀50年代就證明了。
量子密鑰分發(fā)的安全方式也是2009年被證實在數(shù)學上證明了，只要因果率成立，只有信息不超過光速安全性就可以保證。
利用量子糾纏我們需要傳遞量子態(tài)的時候怎么辦？可以用量子隱性傳態(tài)的方式。
比如我今天來到北京，我的電腦是量子鎖，我的鑰匙忘帶了，我和愛人共享了一個剛才說到的糾纏在一起的白鑰匙，我讓她在家里對我原本的鑰匙和她手上的白鑰匙做一個測量，她打電話告訴我測量結果，我對我手上的白鑰匙做一個操作，我手上的鑰匙就變成了原來的鑰匙，我太太手上的鑰匙就消失了。
這看上去就是一個量子態(tài)，物理上不用穿過任何的距離，一個地方消失一個地方出現(xiàn)，這本身不能超過光速，我需要得到愛人測量結果的信息才能把我的鑰匙變成原來的鑰匙。
英文叫做Teleportation。之前有人翻譯叫做瞬間移動，我們管它叫做量子隱性傳態(tài)，但它的傳遞不會超過光速，因為我需要得到測量結果。
不管怎么樣，未來物理上至少沒有禁止這樣一個過程，當有足夠的資源我們可以把人分解成基本粒子，對兩個大的糾纏性進行測量，隨后把數(shù)據(jù)傳遞過去，人就從另外一個地方出現(xiàn)。
至少在我看來，如果說能完成，未來的星際旅行，我認為這是最安全的一種方式。當然我們現(xiàn)在只完成了對一個光子的兩個自由度的傳遞，那么到人完全能夠分解成基本粒子到底行不行，還要很多年，反正我是肯定看不到了。
第二條量子計算和量子模擬。量子計算，因為我們知道經(jīng)典計算機里如果有10個比特，2的10次方1024個，它可以處在所有的疊加態(tài)上，對這些態(tài)做一次操作，相當于對經(jīng)典計算機做2的十次方的操作，這是真正的一個并行的操作。
舉個例子來說，我用THz赫茲的計算機分解一個大數(shù)要100萬年，但我有同樣的量子計算機一秒鐘就可以分解出來。這將會有很廣泛的應用。
量子模擬原本當時提出來的時候，是以量子計算的方式被提出來，但隨著發(fā)展變成了量子計算的分支。
它是計算一個復雜體系的行為。舉個例子來說電子的運動，因為電子也同樣有自袁朝上自旋朝下，也可以處在這樣一個疊加態(tài)上，當300個疊加態(tài)運動需要的空間是2的300次方，已經(jīng)超過了宇宙的組合，它只能處理45個電子，各位手上的計算機也能夠處理20到25個電子。弗滿提出我們可以由此可控量子化完成對復雜體系的模擬。
MIT Technology 曾經(jīng)關于Google和IBM開展量子計算研究競爭發(fā)表論證，當量子計算機發(fā)展到50量子位的時候就能實現(xiàn)量子稱霸，我的計算機能夠比任何經(jīng)典計算機都快，當能夠超過50個量子位的時候。
量子精密測量，直接以潛艇的導航為例。如果我們現(xiàn)有的最好的導航技術，長期潛伏的話，如果是航行100天它的誤差大概是200公里，中間必須要上浮找衛(wèi)星信號定位重新修正。
但目前在實驗室的技術里，誤差已經(jīng)達到航行100天不超過誤差1米。在目前產品化的技術100天不會超過1公里，這可以說在很多潛艇一旦下去就不用上來，不用在中間浮上來，可以實現(xiàn)長期潛伏。
量子信息的重要科學意義。也就是說目前我們已經(jīng)有5位科學家獲得了沃爾夫獎，有三位科學家獲得了諾貝爾獎。
接下來我講一講我們在這里面做的一些工作。量子通信目前公認的發(fā)展路線，首先在城市內用傳統(tǒng)的光纖來構建城域量子通信網(wǎng)絡，城市之間可以通過骨干網(wǎng)量子中繼連接，在更遠的地方，邊遠地區(qū)，光纖不是那么容易到達的地方，或者因為我需要獲得國外的大使館（許可）量子通信光纖過不去的情況下可以用衛(wèi)星中轉，這是目前的線路圖。
在城市化量子通信方面，我們從2008年構建了第一個全通型的五個節(jié)點的網(wǎng)絡，60周年閱兵時構建了量子熱線，合肥城域網(wǎng)2012年構建了46個節(jié)點的網(wǎng)絡，在這個網(wǎng)絡的基礎上我們又進行了升級，在2013年濟南網(wǎng)構建了50多個節(jié)點的網(wǎng)絡，90多個用戶已經(jīng)24×7無故障運行超過了2年。
在此基礎上2013年發(fā)改委立項建立了京滬干線，希望建成連接北京和上海之間的骨干網(wǎng)絡。
這個網(wǎng)絡現(xiàn)在是由我們科大牽頭，由工商銀行、銀監(jiān)會、新華社、中國有線希望能夠實現(xiàn)遠程災備、同城災備、輿情系統(tǒng)的各個應用的展示。
目前量子信道已經(jīng)通了，設備在我們室內做了超過半年的無故障運行的測試后現(xiàn)在正在上線，合肥到上海段馬上要開通，其他的陸續(xù)要上線，應該在年底會全部建設完成。
我剛才講到的在更遠的地方需要用衛(wèi)星來中轉。科學院的量子科學衛(wèi)星“墨子號”已經(jīng)在8月16號發(fā)射，有幾個任務：
一是高速的密鑰分發(fā)，相當于通過衛(wèi)星中轉連接北京到烏魯木齊或者和海外合作實現(xiàn)洲際密鑰分發(fā)。
二是有糾纏源，無論相隔多遠始終是糾纏的，到底能分多遠是科學家一直追求的極限目標，目前在地面上最多由我們的團隊完成的分到了100公里，這個新的任務就是想要把糾纏分到1000公里，驗證它的非定域性。
三是量子隱性傳態(tài)，希望完成從地面站到衛(wèi)星之間的量子隱性傳態(tài)，把量子從地面站傳到衛(wèi)星上去。整個這是一些參數(shù)。
8月16號墨子號成功發(fā)射，現(xiàn)在在軌測試三個月后會交給我們做實驗，目前量子信道都已經(jīng)建立，這是長時間曝光的照片拼起來的，新上的信標光是綠色的，地面上的信標光是紅色的，目前量子線路也已經(jīng)建立。
量子計算，我們一個很大的目標是操縱越來越多的糾纏時點，最少是2個，我們希望能夠操縱越來越多的量子糾纏，當能夠達到操縱50個量子的時候就能實現(xiàn)“量子稱霸”。
這個目前處在起步階段，每個體系我們都有布局，未來到底哪個體系會勝出，現(xiàn)在不敢下定論，比如說有光子、冷原子、腔QED、分子、固體、離子阱，未來在哪個實現(xiàn)還沒有定論。
量子計算我們做了很多工作，時間關系我不一一細講了，講兩個有影響的。
一是量子通信方面的，2012年自然年度十大科技亮點時指出，標志為中國在量子通信的崛起，從十年前不起眼的國家發(fā)展到現(xiàn)在的世界勁旅。量子計算，新科學家雜志發(fā)了一個�？�，他這里面認為我們第一代量子計算機很有可能在中國產生，他稱之為“人民的量子計算機”，他指出合肥原本是以傳統(tǒng)的芝麻餅和豆腐出名的，而不是前沿物理，但潘建偉和他的同事們正在改變這一切，使得中國在量子計算的領域走在了前面，占據(jù)了一席之地。
目前量子信息科技發(fā)展的趨勢已經(jīng)達到了深化發(fā)展、快速突破的階段，需要各個學科的融合，企業(yè)、政府、部門都要集全國之力來做這件事情。
目前國際競爭也是非常激烈，國際上也是一樣，從政府主導，美國國防部門2013年把量子信息列為六大領域之一，科大也是作為重點關注的單位，當時它列出了六個單位。今年5月份美國科學基金會也把量子信息作為未來六大科技前沿之一。歐洲也是旗艦計劃，希望未來五年內支持10億歐元的項目。
我們知道企業(yè)也開始參與，比如google開始參與人工智能實驗室，微軟、IBM都開始了量子計算方面的研究。Battelle公司正在建設全美商用量子通信網(wǎng)絡，希望把facebook、google等大公司的數(shù)據(jù)中心連起來。
我們這邊發(fā)展的規(guī)劃是希望能夠在基于京滬干線的基礎上布局多橫多縱”的網(wǎng)絡，這是地面的。
天上我們在墨子星發(fā)射后還要繼續(xù)發(fā)射更多的衛(wèi)星。這一顆星目前只能在晚上做實驗，在地影區(qū)，因為我們所有的實驗都是在單光子的級別，不要說太陽了，連月亮下來的光都要遠遠超過我們的信號的，所以只能在地影區(qū)做實驗。
但地面上我們已經(jīng)完成了技術攻關可以在白天做了，未來我們要在星上實現(xiàn)地影區(qū)限制，實現(xiàn)全天時的構建量子星座。2020年的空間站項目中已經(jīng)布局了白天的星星之間的量子通信項目。
另一個，量子計算和量子模擬，我們希望在五到十年內完成80到100個比特的相干操縱，實現(xiàn)量子計算機的基本功能，在復雜的體系能夠解釋自旋霍爾效應、高溫超導機制等。
目前他們研究高溫超導只能去試，就像中國人炒菜加少許鹽和糖就很好，但到底是多少我們不知道，我們希望通過我們的計算能夠精確告訴他們，鹽加5克糖加6克會最好，我們希望通過量子模擬的方式來找到這些機制。
當我們能夠操縱100個量子的計算機，它已經(jīng)是全世界計算能力總和的100萬倍，這相信在不到10年內就能夠實現(xiàn)，現(xiàn)在我們5年內希望能夠達到50個。
量子通信未來的發(fā)展展望，在地面和天上的基礎上，能夠形成這么一個天地一體化的全球量子通信的基礎設施，形成完整的量子通信產業(yè)鏈和下一代國家主權信息安全生態(tài)系統(tǒng)，量子通信保障的量子互聯(lián)網(wǎng)，我們希望能夠用量子技術保護互聯(lián)網(wǎng)上每一個比特。
量子計算和量子模擬未來的展望，我們希望能夠通過在普世的量子計算機還需要一些時間的時候，已經(jīng)在一些特定的數(shù)學問題上構建特定的量子模擬機來揭示高溫超導或高效固氮，在不同的領域能夠構建特殊的量子計算機（數(shù)學問題上）完成給大家提供服務。
精密測量很顯然有潛艇的自主導航、飛行器自主導航、精確制導等國防方面的應用。
做一個小結，曼哈頓計劃研制出第一顆原子彈影響了世界的格局，量子信息現(xiàn)在是不亞于曼哈頓計劃的領域。第一代量子力學在上世紀給我們帶來了巨大的影響，我們希望新一次的量子革命中，我們能夠從之前的跟跑者變成在新的量子革命中的領跑者，我的報告就到這里，謝謝大家。
