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科学技术的发展是一个国家显示综合国力的标准，我国有许多科学研究人员。各个领域的研究在世界舞台上越来越突出，特别是一些特殊的科学技术研究，如量子通信，可以说是世界舞台上的佼佼者！

2017年未来科学奖材料科学奖得主

潘剑伟，1970年出生于中国浙江，中国科技大学教授。主要研究方向是量子物理和量子信息。他现任中国科学院量子信息与量子科技创新研究所所长。

(左起)许小平、吉祥东、丁洪、吴英、邓峰在2017年未来科学奖新闻发布会上宣布潘剑伟获奖

以下是采访内容(王是，潘是潘剑伟):

获奖结果的意义

王:首先祝贺您获奖，感谢您在量子通信领域所做的贡献。请告诉我们与该奖项相对应的结果的重要性。

潘:科委对我工作的总结基本上是准确的。我的主要工作是量子通信，它原则上可以提供一种无条件和安全的通信模式。公元前700年，斯巴达人开始使用加密数字的某种方法来传送相关命令。后来在罗马帝国，朱利叶斯·凯撒发明了一种将字母变成密码的方法。本质上，这些密码会被破解。因为即使字符被替换，每个字符的频率仍然是固定的，不管是中文、英文还是德文，都有这个规则。例如，你连续发一封电报。尽管你把A换成C，过一段时间后，其他人会分析你电报中字符的频率，发现C的使用次数仍然是有规律的。你可以通过计算密码的频率来破解它。因此，古代密码和现代密码都是基于计算的复杂性。基于计算复杂性的密码原则上可以破解，只要它们的计算能力足够。因此，在人类历史上，信息安全的永恒话题是如何找到一个安全的密码。几千年来，人们一直在想人类的智能是否能构造出一个人类自己无法破解的密码。我们的工作在很大程度上回答了这个问题。凭借我们的人类智能，我们可以设计一种现实的技术，使无条件和安全的通信成为可能。这是我们多年来所做的，也是我们所取得的成就。

照片:潘建伟在未来论坛主办的第六届“理解未来:量子飞跃”讲座上获得证书(左起:、、朱、潘建伟、谢新成)

02获奖的感觉

王:我的第二个问题是，当你得知这个奖项的时候，你有什么感想？

潘:我今天早上已经上了飞机，两点钟到达成都。一下飞机，我就收到了许多短信，一条是吉祥东先生发来的，一条是丁洪先生发来的，还有一条是饶毅先生发来的。后来，王晓东先生也给我发了一条短信，说我应该快点接电话。小董先生很有趣。他说他代表了由15人组成的未来科学奖科学委员会，并授予我今年的未来科学奖生命科学奖。这让我大吃一惊。后来，当我在网上看的时候，发现是他的笔误。我获得了材料科学奖(笑声)。我感到非常高兴，非常高兴。我认为这确实是对中国多年来在我们这个领域的广大科技工作者的肯定。量子信息领域的研究能够获得如此高的公众信任度和科学声誉，将对未来整个领域的工作起到激励和鼓舞作用。这个领域的大量工人肯定会在这个领域更加努力工作。

多年来，我认为我们真的需要做更多的事情来让公众对科学感兴趣，并在让公众更加崇尚科学方面发挥作用。从这个角度来看，我认为设立未来科学奖是一件非常好的事情。我非常同意薛奇坤教授刚才在颁奖典礼上所说的话。我认为设立未来的科学奖将使公众更加尊重和重视科学，并将在促进科普和唤起公众对科学的兴趣方面发挥很好的作用。

要有这样一件好事，我们首先应该感谢这些对社会非常负责的成功企业家。我也非常认可未来科学奖的颁奖方式，这是对我国各种奖项的一个很好的推广，也是一种革命性的颁奖方式。国内政府的一些奖励必须自己回答。我不知道在整个过程中我会赢得未来的科学奖。颁奖方是通过提名选出的，这是业内公认的最佳和最公平的方式。在我看来，这个民间奖项的设立树立了一个非常好的榜样，或者说是一个标杆。

潘剑伟在未来论坛上关于理解未来的演讲(第6期)-量子飞跃作为特邀演讲人

03新研究课题

王:非常感谢潘教授对未来科学奖的表彰。你最近的研究主题是什么？

潘:我们近期的研究课题包括两个方面:一是希望尽快将目前相对成熟的量子通信技术推向实用。例如，我们目前的工作，如量子卫星和量子星座，可以形成一个全球量子网络，这是我们希望在应用物理学中做的事情。

与此同时，量子通信技术的发展极大地扩展了我们在基础物理领域的工作。最有趣的事情之一是，当我们可以把光放在不同的重力下，看看它是否有光子极化或者在不同的重力场下光子状态的不同变化，我们可以对一些广义相对论和量子重力模型的理论做一些基本的测试，这就是我们想要继续推进的。

此外，我们的工作还与量子精密测量密切相关，量子精密测量现在被称为全球定位系统。利用这种量子通信网络可以为我们提供一种很好的研究方法，保证时间信号在网络中的准确传输，这也是我们在应用基础研究中要做的一项关键工作。

其次，我们主要关注量子计算。量子计算有很强的计算能力。我们希望通过对量子计算的研究，能够找到一个或多个合适的系统来进行量子计算，大大提高我们的计算能力。谷歌、微软、IBM和英特尔等许多公司的领先研究部门也在这一领域进行研究。我们希望在这个领域做一些前瞻性的探索，为未来计算机的发展做些事情。

-5。-潘剑伟

04量子技术的关键和核心

王:关于你的专业研究，我还有两个问题。首先，量子技术的核心和关键技术是什么？

潘:在量子技术中，最关键、最核心的技术其实是两项。既然我们在讨论量子，我们需要一种非常好的方法来一个一个地操纵量子。所以量子技术的核心是操控。操纵分为两个方面。你必须一个接一个地抓住原子，或者一个接一个地抓住光子。在你抓住它们之后，你必须让两个相邻的原子根据你的需要通过相互作用进化成某种相互关联的状态，这就是我们所说的“纠缠”。操纵可以，一方面，捕获这个量子阱，另一方面，允许它根据你的要求可控地进化。这是两项非常重要的技术。

让我举一些具体的例子。量子通信中最基本的元素是光子。例如，灯泡发出的光，在能量持续衰减后，最终会变成无法分离的小粒子。一个15瓦的灯泡每秒发出大约10到20个小粒子的能量，我们称之为光子。光子是光能最基本的单位。另一个例子是水，它是由水分子组成的，不能用刀子切成一半的水分子或四分之一的水分子。如果我们想用光子进行信息处理，用光子进行量子操作，我们需要从这么多的粒子中一个一个地挑选出来。这在技术上是非常困难的，因为把两个、三个和四个粘在一起很容易，而且必须开发一种非常精密的技术来一个接一个地挑选光子，加载信息，然后发送出去。

第二件非常重要的事情是，例如，有两个光子在空中飞行，这两个光子在飞行时如何相互作用？其中，你必须知道光子什么时候从这里出来，什么时候从那里出来。光源发出的光子非常随机。你必须让两个原本不相关的光子同时到达同一个地方，然后纠缠它们。这在技术上也非常非常困难。一般来说，一切都应该基于量子控制，一个接一个地操纵非常小的粒子，这样两个不相关的粒子就可以通过相互作用按照你的要求进化。

潘剑伟获奖原因

05量子密码分布

王:那我想问你，首先，量子码的分布是什么？第二个是假设我们将在未来建立一个量子网络，就像你在开始时提到的通信一样，原则上实现了无条件安全加密。这样一个量子网络将以什么形式存在，它将如何影响我们的生活？

潘:首先，量子保密通信最基本的内容是将密钥从发送方发送到接收方。如何做到这一点？这种情况相当于，一束光飞过，我们一个接一个地挑出光子并载入信息。装载后，还可以通过自由空间从一个地方无线发送到另一个地方，或者通过光纤发送到每个人的房间。从这个角度来看，我们必须在这个过程中找到一种方法，首先挑出一个单光子，然后通过量子网络，通过城市里的光纤到达每个房间。如果距离更远，北京和上海可以通过卫星中转。这是密钥分发的基本情况。

王:会不会有人监视或者拦截这条路？

潘:我会继续解释为什么它是安全的。基于两个原则:第一个原则，例如，在我和你说话之前，我首先发射一些单光子来形成一把钥匙。因为它是一个单光子，每个光子携带一把钥匙。如果有人偷听，他需要提取信息并带走单光子。本质上，他没有办法只带走一半的光子，因为光子再也不能被分裂了。所以当你没有收到这个光子时，你就知道密钥没有成功分发。如果分发没有成功呢？我们现在有了一个网络。如果一条线路被它阻塞了，那么我们知道这条线路总是被窃听。我们不会从这条线路发送，而是从网络上的另一个地方发送到您的终端。就像我们发送电子邮件一样，这封电子邮件可能包含一条穿过这条路的信息和另一条穿过另一条路的信息，不一定来自某个特定的地方，而且每次的路线都不同。当你收到它后，你可以知道你的信息没有被别人听到，那么我们已经形成了一种秘密密钥，然后我们可以开始交谈。这里的优势是，如果有人在偷听，你可以立即知道。你只使用别人没有听到的钥匙来进行我们之间的安全通信。

王:很清楚。

潘:量子网络在城域网中。我们目前的技术进步很快。我们当前的网络本身可以是波分复用的，并且可以建立在现有的网络上。因此，对于同一根光纤，传统的光通信可以用来发送传统的信息，而这种光纤也可以用来发送量子密钥。假设我现在在我的房间里，你在你的房间里，如果有一根光缆，我们可以在光缆的帮助下在我们之间传递钥匙，这是非常安全的。此外，对于无线，你可以想象在家里，例如，在你的手机上有一个密钥存储芯片。这个芯片只能在特殊场合下写入。就像充电一样，出门后你可以安全地给别人打电话，直到手机上的钥匙与你的耗电量相等。这是未来移动量子通信的目标。目前的技术很难通过无线直接将量子密钥发送到您的手机，但是使用光纤网络非常方便。这样，在拥有了覆盖整个国家或世界的网络之后，您总是可以获得密钥分发的支持。简而言之，未来我们可以拥有一个量子增强型安全互联网。

目前，中国政府大力支持的科学技术研究不仅造就了大批国内人才，而且一些在研究方面取得成就的外国科学技术人才也纷纷回国，为中国贡献自己的力量。

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