处于纠缠态的量子之间，会有神奇的“心灵感应”：它们即使隔着一整个太阳系，改变其中一个的状态，另一个也会随之改变。它们之间的感应速度究竟有多快？70余年来，物理学家一直在寻求准确、完美的答案。7月底，中国科学技术大学潘建伟院士领衔的自由空间量子通信团队给出了一个迄今为止相对最完善的答案：在所有相对地球以千分之一光速或更低速度运行惯性参照系中，至少为光速的一万倍。
这个刊发在国际著名学术期刊《物理评论快报》上的漂亮结果，在国际量子物理学界再次引起强烈反响。
量子，听起来很神秘，但它每天都充斥在我们周围，比如日常生活中的光，就是由大量光量子组成的。量子有着许多奇妙特性，若能掌握这些特性，则有望实现对信息处理能力革命性的突破。量子世界与我们日常生活的世界最显著的区别就是，多个量子状态可以同时叠加在一起。
比如我们在信息处理时用到的比特，只能处于“0”或“1”两种状态之一，而量子信息处理所用到的量子比特，却可以同时处于“0”和“1”的叠加状态。这意味着，用量子比特编码的大量数据可以同时进行计算，这就可以带来强大的量子计算机。
潘建伟举了一个例子：用现在的计算机模拟300个粒子的体系演化规律，所需存储单元的数量，比已知宇宙中所有的原子数目还要多，现在的计算机就hold不住了。
而对于量子计算机来说，完成这样的任务就只需要300个量子比特。只要明白这一点，就不难想象到量子计算机将会带来怎样的变革。潘建伟的梦想就与“量子为我所用”有关。然而，要真正实现有应用价值的量子信息处理，比如造出一台量子计算机，就需要攻克无数难题。要让量子计算机的“心脏”像传统计算机的CPU那样“奔腾”起来，就必须具备操纵多粒子量子纠缠的能力。
一个形象的比喻是，一个多粒子纠缠的实验平台如同驾驭量子计算的航空母舰，倚籍于这个载体才有可能施展拳脚，研究各种量子计算的方案。
多粒子纠缠操纵是世界上竞争最为激烈的领域之一。世界上有许多小组都在竞相研制量子计算机，但他们都碰到同一个难题：用于量子计算的纠缠态十分脆弱，而且随着量子纠缠数目的增加，实验的难度也呈指数增加。在这点上，潘建伟小组无疑走在世界前沿。
2004年，潘建伟小组在国际上首次成功实现对五光子纠缠的操纵，论文发表在《自然》杂志上，被欧洲物理学会和美国物理学会同时评为“年度物理学重大进展”；2007年，潘建伟小组率先突破六光子纠缠，论文发表在《自然·物理学》上，为同年发表在该期刊上被引用最多的两篇研究论文之一。
在欧洲，一直到2009年，维也纳大学、慕尼黑大学和斯德哥尔摩大学才相继观测到六光子纠缠；2012年，潘建伟小组又成功制备了八光子量子纠缠态，再次创造了纠缠光子数目的世界纪录，成果发表在《自然》杂志的子刊《自然·光子学》上。
这项技术很快得到了应用，他们紧接着利用八光子纠缠在国际上首次实验实现了拓扑量子纠错，证明拓扑编码可以显著减少量子比特错误率，显示了容错量子信息处理的强大能力，成果以长文（Article）的形式发表在《自然》杂志上，是量子信息领域首篇以中国为第一单位发表在该杂志上的长文。这一系列成果表明我国继续领先于美国、德国和奥地利等发达国家，在国际上牢牢地把握了多光子纠缠研究领域的制高点。
“要真正制造出量子计算机，需要实现成千上万个粒子的纠缠。”潘建伟说，实现梦想的前路漫漫，还有数不清的技术难题，乃至理论难题要突破，“技术与理论难题，犹如DNA双螺旋一般，交错而至又盘旋上升，我们的研究也将如此推进。”量子通信“长出小树”在量子通信研究方向上，潘建伟小组同样也走在了世界前列。早在2009年，潘建伟小组就成功实现了5节点的星型量子通信网络，这是国际上首个全通型的量子通信网络。
该成果当年就构建了“量子通信热线”，被用于国庆60周年阅兵关键节点；2012年初，涵盖合肥市主要政府部门、金融机构及科研院所的“合肥城域量子通信试验示范网”正式开通，这是国际上首个规模化的城域量子通信网络，标志着量子通信大规模组网技术已经成熟。
正是基于成熟的量子通信组网技术，他们又成功在新华社新闻大厦与新华社金融信息交易所之间构建了“金融信息量子通信验证网”，在国际上首次将量子通信网络技术应用于金融信息的安全传输。同年11月，“基于量子通信的高安全通信保障系统”在北京投入运行。尽管已经有了初步的应用，但是量子通信技术距离真正的大规模应用，甚至走进千家万户，还有很长的路要走。其中一个最重要的难题是，如何扩展量子通信的距离？
量子通信实际上是单光子级别的通信，信号非常微弱又不能被放大。由于光纤的固有损耗，目前光纤量子通信的最远距离不过200公里左右（这也是由潘建伟小组首先实现的）。要达到成千上万公里的距离，只能从地面走向天空：只要光子能够穿透大气层，通过卫星的中转就可以实现远距离的量子通信了。
其实早在2005年，当时地面的光纤量子通信尚在起步之时，潘建伟就在思考自由空间量子通信的问题，并做了一个原理性实验：在合肥的大蜀山，实现了13公里自由空间的量子通信。而整个竖直大气的等效厚度，就相当于地面附近10公里左右的水平距离，这就意味着，光子穿透大气是完全可行的。这个实验坚定了潘建伟的信心，2008年，潘建伟提出了中国发射量子通信卫星的建议。
又经过数年的努力，技术在不断地进步，发射卫星的条件也越来越成熟。2011年12月，中科院启动了量子科学实验卫星战略性先导专项，其中的一个目标就是在国际上率先实现高速的卫星与地面间的量子通信。2012年，潘建伟小组“实现百公里自用空间量子隐形传态与量子纠缠分发”的实验结果发表在《自然》杂志上；2013年，“首次实现星地量子密钥分发的全方位地面验证”的实验结果发表在《自然·光子学》杂志上。
这些实验成果的取得，意味着已经完全可以应对星地间的高损耗通道了。
今年7月，物理领域的顶级学术期刊《物理评论快报》发表了潘建伟小组的另一篇文章，他们在世界上首次实现了无局域性漏洞的量子纠缠关联塌缩的速度下限测量。潘建伟说，量子通信尽管稚嫩，但从原理上说，已比传统通信的安全系数高出了很多。要达到“量子为我所用”的终极梦想，现在的成绩仿佛刚从地上长出不久的小树，即便无法立刻参天，先期分叉出的枝桠也可先为人类技术进步贡献一片新绿。