潘建伟研究团队下一步有什么新目标？

导读什么叫做下一代“秒”的定义？

大家好，我是科技袁人袁岚峰。量子科技是干什么的？许多人一直搞不清这个问题，以至于还有一些人认为量子科技是假的。其实，我已经对此做过很多科普，例如量子计算机有望对某些特定问题远远超越现有的计算机，如破解密码，又如量子通信中的量子密码是人类已知最安全的保密传输技术。我不久前出版的科普书《量子信息简话》，就讲了这些科技的原理。任何人只要会识字、会数数，就能看懂其中很大一部分。

最近，新华社《瞭望》周刊采访了潘建伟院士（中国科学院院士潘建伟：量子科技关乎国家战略 唯有不断突破创新 | 新华社），潘老师又讲了不少新的应用目标。摘录几段如下：

“墨子号”起到了什么样的作用？

利用量子卫星建立量子通信网络，可以在全球范围内覆盖各类海岛、远洋船舶、驻外机构等光纤难以或者无法到达的地方，保障我国在全球范围的信息传输安全。“墨子号”的实验充分验证了这一可行性。

“墨子号”已顺利完成三大科学实验任务。在此基础上，又完成了“墨子号”和“京沪干线”的对接，实现了洲际量子保密通信。此外，“墨子号”还对量子力学与引力的融合等物理学基本问题检验提供了新的平台。

我来提醒大家一句，在这里最有趣的就是“驻外机构”这个词，大家可以想想这是为什么。

你接下来的目标是什么？

在量子计算领域，国际学术界定义了3个阶段性的目标，第一阶段目标已经达到了。第二阶段是完成量子纠错的原理实现，研制相干操纵数百个量子比特的专用量子模拟机，应用于组合优化、量子化学、机器学习等特定问题，指导材料设计、药物开发等。达到该阶段需要5至10年，是当前的主要研究任务。

在量子通信领域，我们希望通过10到15年的努力，发展出完整的天地一体广域量子通信的相关技术，并推动量子通信在金融、政务、能源等领域的广泛应用。同时，利用广域量子通信发展出来的高精度光量子传输技术和空间量子科学实验平台，构建高精度的时间频率传输网络，对下一代“秒”定义作出重要贡献。在此基础上，我们希望能够开展对引力波探测、暗物质搜索等物理学基本问题的研究。

介绍完了《瞭望》杂志对潘老师的采访，我来稍微注释一下。2016年发射的墨子号量子科学实验卫星和2017年开通的京沪干线组成了天地一体化的量子通信网络，可以实现广域的量子保密通信。这是个重要的功能，目前媒体的宣传主要在这个层面。但还不止于此，这个量子通信网络还可以做很多其他事情。

例如，2019年，潘建伟等人就用墨子号卫星检验了一种澳大利亚学者提出的、尝试统一量子力学与广义相对论的理论，检验的结果是这种理论不成立。后面这种理论会继续改进，中国也会发射更高轨道的量子科学实验卫星，继续检验修正过的理论。

又如，这里提到了下一代“秒”的定义。时间单位秒是怎么定义的？最初是用太阳日，一天的86400分之一叫做一秒。后来用摆钟，1米长的单摆一次摆动的时间大约是一秒。再后来用地球公转周期，一年的3155万6925.9747分之一为一秒。所有这些都是依赖于某些偶然现象，不是依赖于基本物理规律。现在，秒的定义是：铯-133原子在基态下的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射周期的91亿9263万1770倍。这就只依赖于量子力学的物理原理，摆脱了对偶然事物的依赖。随着量子精密测量技术的进步，秒的精度还可以再提高，这就是潘老师提到的下一代秒的定义。要让每个用户都能够精确地标定时间，不仅需要在一个源头进行精确的时间测量，还需要把这个时间精确地传递给用户，即授时，这就是潘老师说的高精度的时间频率传输网络。天地一体化的量子通信网络，有望使中国成为世界上授时最准确的国家。

最后提到的引力波探测、暗物质搜索，都是量子精密测量的技术。例如在卫星上放一个光钟，测量引力红移。如果有一团暗物质飘过，引力红移就可能有变化。我不久前介绍的彭新华教授研究组探测暗物质的工作，就是量子精密测量的一个应用，可供参考。

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