王建宇院士：存在误解，量子通信不会取代现有通信技术

量子通信是量子 科技 三大方向之一，经过20多年的努力，中国在该领域实现了从跟跑到领跑的重大转变。

近日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”牵手“京沪干线”，我国科研团队成功组建了世界上首个天地一体化的广域量子通信网络，实现了长达4600公里的综合通信链路距离跨越，也为我国未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实基础。这一成果在国际学术期刊《自然》发表。《自然》杂志审稿人评价称，这是地球上最大、最先进的量子密钥分发网络，是量子通信“巨大的工程性成就”。

日前，在腾讯新闻“空天计划”推出的《星空对话》栏目第四期上，北京跟踪与通信技术研究所高级工程师、北斗地面试验验证系统副总设计师卢鋆，对话中国科学院院士，量子科学实验卫星工程常务副总设计师、卫星总指挥，中科院上海技术物理研究所研究员王建宇，针对量子通信的技术突破和应用，展开了深入剖析和解读。

王建宇表示，许多人对于量子通信都存在一定误解。事实上，量子通信是现有通信技术的补充，并不能完全替代它们，它的作用是给普通的通信技术提供一种在密钥分发过程当中无法破译的密码。之所以现在叫“量子通信”是因为最早的时候名称是从国外直接翻译过来，Quantum Communication被翻译成了量子通信， 其实更严谨的说，量子通信就是产生一种不可破译的密码。

量子通信作为排头兵走在通信技术、信息革命的最前列，它是一个非常重要的突破点。那么，这个突破点的核心在哪儿？

对此，王建宇解释， 上个世纪初有两个非常著名的物理学上的重大发现，一个是爱因斯坦创建的家喻户晓的“相对论”，还有一个就是量子力学。 量子力学作为四大力学之一，起到了非常大的作用，而且爱因斯坦本身就是量子力学的发明人之一，他的第一个诺贝尔奖的获奖原因就是提出了光电效应，提出了光是粒子化的，这就是量子力学的一个核心概念。

“虽然量子力学并没有像相对论那么广为人知，但是在大学的课程中量子力学是必修课程，它揭示了微观世界粒子运动的规律。可以这么说，如果没有量子力学，就没有现在的半导体工业，大家每天在用的手机，都不会存在。”王建宇说。

近些年量子力学又热起来的原因是在量子力学理论中，存在很多理论上可以推导出来，但是现实上还不能解释的现象。近几年来，由于物理和 科技 的发展，很多现象可以通过实验去解释了，甚至可以为我们所用，这相当于量子力学又迎来了新一轮的革命。

“这也是我们现在所说的所谓‘量子信息学’，它包含了以下三大部分：量子通信、量子计算、量子测量。”王建宇说。

对于未来量子通信领域的发展，王建宇认为，产 业发展是很复杂的一件事情。大家目前很看好量子这个赛道，投资市场也比较火爆。 但让量子真正产业化，它的门槛比较高，还会有很多困难。如果是补充作为密钥，真正做起来市场也是巨大的。在量子测量、导航应用方面，还有一些量子成像、量子雷达等，首先会在国家安全上得到一些应用，也会出现一些相应的产品。投资量子领域是好事，但是风险也要看得到。

未来，在量子计算包括量子探测领域，还有哪些发展和 探索 ？王建宇指出，首先，在量子测量方面，量子探测要用的就是量子陀螺，目前很多人都已经在做了，它比传统的陀螺高几个数量级。其次，量子定位可以通过量子的办法降低干扰，提高精度。同时，用量子的方法也可以做重力场的传感器，这也可以提高精度。第三，在遥感领域有一种新的量子成像，理论上可以对传统遥感成像理论提出一些挑战，但是它离真正达到现在成像的效果还有很多路要走，原理已经有所突破。量子测量非常实用，是具有潜力的发展领域。

中科院量子信息重点实验室郭国平教授半导体量子芯片研究组及其合作者又破世界纪录，通过实验成功实现世界上最快速量子逻辑门 *** 作，取得半导体量子芯片研究的重要突破。电荷量子比特门 *** 作速度可以较大范围的调节，达到GHz的频率；其次，电荷量子比特的制备、 *** 控和读取可以用全电学 *** 控来完成；最后，电子电荷自由度作为量子比特可以与现有信息处理技术兼容，并且可以利用先进的半导体工艺技术完成大面积的扩展和集成。

采用非掺杂GaAs和SiGe异质结进行新型双层结构量子点器件的设计和制备，减小电荷噪声的影响，排除核自旋的影响，延长量子比特的退相干时间，实现单电子电荷和自旋量子比特的制备、测量和 *** 控。新型量子点器件是继承传统量子点器件可集成性等优势的同时，又具有高迁移率、强稳定性的增强型量子点研究体系，是实现多量子比特耦合的基础。

基于非掺杂砷化镓异质结的电荷量子比特和基于非掺杂SiGe异质结的电子自旋量子比特研究都是相关研究中的新兴热门领域，特别是基于SiGe量子点的自旋量子比特由于其没有核自旋，具有较长的量子退相干时间。巧妙地将电荷量子比特超快特性与自旋量子比特的长相干特性融为一体，实现了“鱼”和“熊掌”的兼得。

实验结果表明，该新型量子比特在超快 *** 控速度方面与电荷量子比特类似，而其量子相干性方面，却比一般电荷编码量子比特提高近十倍。同时，该新型多电子轨道杂化实现量子比特编码和调控的方式具有很强的通用性，对探索半导体中极性声子和压电效应对量子相干特性的影响提供了新思路。

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