12月17日，美国物理学会公布2018年国际物理学领域的十项重大进展，其中，中国潘建伟团队的首次洲际量子通信项目同样入围。作为潘建伟在中国科大的开山弟子，陈宇翱21岁正式开始参与量子操纵实验室的建设工作，并在32岁生日当天获得欧洲量子学领域最高荣誉——“菲涅尔奖”。
说到量子，大家可能既熟悉又陌生。什么是量子？举个例子，我手里这个激光笔，这就是一支量子笔。我按一下翻页，大家知道这一瞬间有多少个量子从这里传输出去了吗？我可以告诉大家，我在按下翻页的瞬间，有上万亿个量子发射出去了。
量子是能量的最小单位，所有的微观粒子，比如分子、原子、电子、光子，都是量子的一种表现形态。大家知道，整个世界都是由微观粒子组成的，某种意义而言，世界本身就是由量子组成的。我手上这支笔、在座的大家，包括我，都是24K纯量子产品，呼一口气都是上万亿量子进出，所以大家都是分分钟几十亿上下的人才。
在量子世界中，有两个基本原理，一个是量子叠加原理，一个是由量子叠加原理引申出来的量子纠缠。首先要跟大家介绍的是量子的叠加原理。举个例子，《西游记》大家都看过吧，我从小也非常希望能有孙悟空的一个能力——分身术。一个分身听师父训话，另一个分身跑出去捣蛋。
在量子世界里，量子就是孙悟空，它也有分身术，但是和孙悟空的分身术不同的地方在于，在量子的世界里，量子的分身不能被人看到，一旦有人去看它，它的分身就会随机地消失，最后只留下一个。假设你在ABC三个地方有三个分身，如果有人，不管在哪个地方看到它，剩下两个分身便会随机消失，可能是AB，可能是BC，可能是AC，而仅留下一个。这就是和孙悟空的分身术不一样的地方。
如果我们想把北京的量子传送到上海，我先在北京和上海之间建立这样的纠缠，然后通过对两地的粒子做一些特殊操作，那么在北京的量子就会消失，出现在上海。量子叠加原理和量子纠缠到底有什么作用呢？首先是计算能力的飞跃。经典的计算机只有0和1，每个比特都是这两种状态。但在量子中可以处在0和1叠加态上，这样一旦操纵的量子数目增多，它会以指数增长的形式来提升它的运算速度，有并行运算的能力。
目前来看，量子分身术还有一个更为直接的应用，就是量子保密通信。曾经，我们认为光缆是最安全的信息传递方式，因为它把所有光的能量限制在光纤里，外面得不到能量。但是随着科技的发展，现在已经有这样的装置，只要把光缆往这个装置上盘一盘，就能让很小很小一部分的能量泄漏出来，而我们现在科技的发展可以对这么一部分能量进行完全的探测。
幸运的是，量子保密通信提供了这样的传递方式。比如我想把一个小秘密传达给吴老师，首先，我先给他传一把钥匙，再给他传一个锁住的箱子，吴老师有这把钥匙就可以把箱子打开，读到里面的内容。我刚刚讲到量子有很多的分身，所以如果有人想截获这把钥匙，是不是能得到这个秘密呢？是不可能的。他一旦对钥匙进行了测量，其他的分身就会消失，所以我们一看就知道有人在窃听，那我们就把这把钥匙废掉，再传一把。
有的人提到说，既然都截获了，为什么不复制一把钥匙呢？这里要提到一个非常简单但是非常美的定理——量子不可克隆定理。我们有复印机，一张白纸或者一封信，一扫描就可以复印出来。但在量子世界里，假设有这样的克隆机，可以对量子态进行克隆，0会变成00，1会变成11。如果我输入0+1的叠加态，它不应该是00+11这样的纠缠的形式。
而我们知道，我们作为一个克隆机，我想要的是0+1和0+1，这样简单的公式限制了一个未知的量子态不能被克隆。建立量子保密通信的终极目标就是建立覆盖全国乃至全球范围的量子保密通信网络。目前世界上比较公认的路线图是：先利用光纤在城市内构建一个网络，然后利用中继连接城市。在超远距离，我们通过卫星的中转实现远距离的量子通信。
我和我的同事们正沿着这个路线在努力着，我们已经先后在合肥、北京、济南实现了城市内的量子通信网络。目前我们正在构建的工程是北京到上海的量子保密京沪干线，这个干线不同于我们平时说的高速铁路，我们想提供这么一种服务，我们希望能在这条主干线上任意两点之间都能传递保密的信息。这些不是凭空想象，我们有足够的技术和经验。
回顾因特网的发展史，在上个世纪70年代初，因特网只是在美国国家安全部门支持下的几个实验室里建立的几个网络，而到70年代末，大学的实验室纷纷仿效，建立了这样的局域网。一直到1988年，美国自然科学基金委成立了NSFNet项目，开始构建横跨东西海岸的骨干网，之后以每年15%的速度增长，一直到1995年，基本上覆盖了全美国，而那个时候自然基金委就退出了舞台，由私营企业接管。
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