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       在新一輪科技革命和產業變革孕育興起，特別是第二輪量子革命正向我們走來的時代背景下，2019年9月15日至20日，新興量子技術國際會議在合肥成功舉行。多名諾貝爾物理學獎、沃爾夫物理學獎、狄拉克獎、香農獎、墨子量子獎獲獎者，包括發明大數分解算法和量子糾錯編碼的Peter Shor教授，提出可擴展量子計算、量子模擬和量子中繼物理實現方法的Ignacio Cirac教授和Peter Zoller教授，在囚禁離子物理體系量子計算實驗領域做出先驅性卓越貢獻的David Wineland教授和Rainer Blatt教授，提出量子密碼協議、量子隱形傳態、糾纏交換以及糾纏純化理論方案的Charles Bennett教授、Gilles Brassard教授和Artur Ekert教授，完成多光子糾纏和干涉以及自由空間量子傳輸多項開創性實驗、使現實安全的廣域量子通信成為可能的潘建偉教授和Anton Zeilinger教授等分別做了大會報告。

與會專家一致認為，量子力學的誕生對20世紀人類的生產力產生了決定性的影響，以量子通信、量子計算、量子精密測量為代表的新興量子信息技術正在全世界范圍蓬勃發展，將對21世紀產生深遠的影響。科學技術是世界性的、時代性的，各國科學家倡議發展量子科學技術要具有全球視野，加強基礎科研領域的國際合作，聚四海之氣、借八方之力。

為了促進量子信息技術領域的健康發展，會議組委會在廣泛咨詢國際顧問委員會和程序委員會的基礎上，對量子通信、量子計算等領域的發展目標、路徑以及趨勢等進行了討論并達成了共識，形成了量子信息和量子技術白皮書（合肥宣言），在此分享給社會公眾，以更好地了解量子信息技術的基本原理、發展現狀、國際共識和發展前景等相關內容。

上世紀初量子力學的建立是人類歷史上最重大的科學革命之一，催生了半導體、激光、核能、超導、核磁共振和全球衛星定位系統等重大技術的發明，推動人類在信息、能源、材料和生命等科學領域獲得了空前的發展，已經從根本上改變了人類的生活方式和社會面貌，促進了物質文明的巨大進步。

自上世紀九十年代以來，量子調控技術的巨大進步使得人類可以對微觀粒子的量子狀態進行主動的精確操縱，從而誕生了以量子信息技術為代表的這一新興的領域。量子信息技術，包括量子通信、量子計算、量子精密測量等，可以在確保信息安全、提高運算速度、提升測量精度等方面突破經典技術的瓶頸。

鑒于此，2019年9月15日至20日，新興量子技術國際會議the International Conference on Emerging Quantum Technology (ICEQT2019)在合肥召開，來自中國、美國、英國、法國、俄羅斯、德國、奧地利、瑞士、澳大利亞、加拿大等國的著名研究機構和大學的包括多名諾貝爾物理學獎獲得者、沃爾夫物理學獎獲得者在內的約500余位專家參會。與會學者討論了量子信息技術的發展與未來，并達成一系列共識，現總結如下。

量子通信

量子通信是量子信息科學的重要分支，它是指利用量子比特作為信息載體來進行信息交互的通信技術。量子通信有兩種最典型的應用方式：量子密鑰分發和量子隱形傳態。量子密鑰分發可以提供原理上無條件安全的通信手段，是首個從實驗室走向實際應用的量子信息技術。量子隱形傳態可以用來傳輸任意未知的量子態，同時也是是遠距離量子密鑰分發所需的量子中繼的重要環節。

量子通信是迄今唯一的安全性得到嚴格證明的通信方式。量子通信的無條件安全是指，在量子密鑰傳輸過程中，竊聽者無法做到既偷看又不留下痕跡，這是由量子力學基本原理保證的。在全球學術界三十余年的共同努力下，目前，結合“測量器件無關量子密鑰分發”技術和經過精確標定、自主可控光源的量子通信系統已經可以提供現實條件下的安全性。

量子通信不是要替代經典通信方式，而是通過在經典通信中使用量子密鑰以提升通信安全性，同時量子通信的規模化應用也需要與經典通信技術相融合。發展量子通信技術的終極目標是構建廣域量子通信網絡體系，廣泛認可的發展路線是：通過光纖實現城域范圍內的量子通信網絡，通過中繼分段傳輸實現城際量子通信網絡，通過衛星中轉實現數千公里甚至是全球化的量子通信。

在目前技術條件下，國際上廣泛采用可信中繼作為實現遠距離量子通信的階段性解決方案，同時積極發展量子中繼技術為下一階段做準備。量子衛星作為自由空間可信中繼，也得到了高度重視和積極推進。當前，在中國量子保密通信“京滬干線”和“墨子號”量子衛星的帶動下，包括美國、歐洲在內的世界主要國家和地區也紛紛部署建設遠距離光纖量子網絡，并提出量子衛星計劃。在可見的未來，通過衛星和地面光纖網絡形成天地一體的廣域量子通信網絡具有高度的可行性。

量子保密通信京滬干線

量子通信技術的規模化應用還需要在現實條件下安全性測評的基礎上，構建標準體系。目前，國際電信聯盟（ITU）在上海首次召開量子信息技術國際研討會并圍繞量子通信標準化進行專題討論，中國提出制定量子密碼安全的國際評估標準的構想已經獲得國際標準化組織（ISO）批準、歐洲電信標準化協會（ETSI）等也正在開展QKD有關的標準化工作。

 “墨子號”實現千公里級星地雙向量子糾纏分發

量子計算

量子計算利用量子疊加和干涉等原理進行量子并行計算，可以在特定問題上相對于經典計算提供指數級加速，為若干大規模計算難題提供了解決方案。量子計算機廣義上包括通用量子計算機和專用量子模擬機。

實現通用量子計算機需要滿足基本的DiVincenzo條件，包括：（1）可定義量子比特，（2）量子比特有足夠的相干時間，（3）量子比特可以初始化，（4）可以實現通用的量子門集合，（5）量子比特可以被讀出。實現大規模的量子計算機，以上基本量子操作需要超過特定的容錯閾值，并通過構建量子邏輯比特進行可擴展的容錯量子計算。目前通用量子計算機的實現，除了基于量子門線路的方法，還包括基于哈密頓量的絕熱量子計算，及拓撲量子計算等，它們的計算能力是相互等價的。

谷歌量子計算機處理器Sycamore

在達到通用量子計算所需的量子比特數目、量子容錯界限等方面的技術要求之前，可以實現專用的量子模擬器，即用可控的量子系統去模擬真實的多體量子系統，這在實現難度上低于通用量子計算機。專用量子模擬器可以解決經典計算機無法勝任的、物理機制尚不清楚的若干重要量子多體問題，包括凝聚態物理、高能物理以及材料科學、化學等學科的多個核心難題，探索其中蘊含的微觀機制。

要構建一臺真正具有通用計算能力的量子計算機，仍需要長期的努力。與會專家一致認為，為了領域的健康長期發展，除了要在基礎研究領域做好操縱精度、可容錯之外，規模化、實用性的量子計算研究可以沿如下路線開展。第一個階段是實現“量子優越性”或稱“量子稱霸”，即量子模擬機針對特定問題的計算能力超越經典超級計算機，這一階段性目標可在近期實現；第二個階段是實現具有應用價值的專用量子模擬系統，可在組合優化、量子化學、機器學習等方面發揮效用；第三個階段是實現可編程的通用量子計算機，能在經典密碼破解、大數據搜索、人工智能等方面發揮巨大作用。實現通用可編程量子計算機還需要全世界學術界的長期艱苦努力。

光量子計算機原型機示意圖

目前，國際上正在探索的量子計算的物理系統包括離子阱、超導量子線路、超冷原子、極化分子、線性光學、金剛石色心、硅28中的電子或核自旋等。

量子精密測量

鑒于量子調控與量子信息技術的快速發展，正如2018年第26屆國際計量大會上通過的關于用量子化方法定義國際單位制的決議，計量標準將進入“量子時代”。這將全面提高七個基本物理量（長度、質量、時間、電流、溫度、物質的量和發光強度）的測量精度，并可廣泛用于授時、導航、醫學檢測、乃至包括引力波探測在內的基礎物理檢驗。

得益于量子效應，量子精密測量能在諸如時間、重力、磁場、成像、遙感等領域，提供比現有技術更高的測量靈敏度、精度和速度。例如，利用超穩激光和光晶格技術實現的高精度光原子鐘、采用超穩頻率梳的精準時頻傳輸、借助于原子態量子疊加性實現的高靈敏度原子干涉儀、利用高靈敏探測或糾纏光量子態實現的量子成像和遙感、在量子標準下實現測量的固態人造量子傳感器等。量子精密測量技術將在下一代時間基準、精確導航、基本物理常數測量、粒子探測、核磁共振成像、遠程目標識別、全球地形測繪、引力波或暗物質的感應探測等廣泛領域發揮重要作用。

隨著物聯網的發展，對量子精密測量的需求也日益攀升，也為具備更卓絕性能的量子傳感器全面超越現有經典技術提供了良機。與會專家一致認為，此領域應該進一步努力發展包含超穩激光和頻率梳、超冷原子、糾纏/單光子、金剛石色心、超導量子器件等多種精密測量技術，以期在未來實現更高性能的量子精密測量。

促進國際合作

量子信息的蓬勃發展源于量子力學的好奇心驅動和基礎研究，并在不斷地推動和擴展這一領域。同時，在量子信息方面發展的日益先進的技術，反過來，也為探索量子力學新的物理前沿提供了新的工具。顯然，在新興量子技術的每一個階段，都需要強調基礎研究的重要性。

如同上一世紀的量子革命一樣，第二次量子革命也必將帶來人類物質文明的巨大飛躍。鑒于這些新興的前沿科技將給整個人類社會帶來福祉，與會專家一致認為，在未來的歷史長河中，推進量子信息技術的發展是全球學術界的共同責任，建立全球性的合作來共同推動該領域的發展是必要的，而不應該各自關起門研究。為此，應加強不同國家間科學家的合作與交流，在基礎研究和共性技術方面尤為如此。

文章來源于墨子沙龍 ，作者墨子沙龍