对话中国科学院院士王建宇：量子通信走向产业化，有哪些机遇和挑战？

　　腾讯科技讯， 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”。

　　腾讯新闻「空天计划」推出的《星空对话》栏目第四期邀请到了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，对量子通信的技术突破和应用为我们展开深入剖析和解读。

　　王建宇表示，许多人对于量子通信都存在一定误解。事实上，量子通信不会取代现有的通信技术，而是通过给现有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，成为现有技术的补充和完善。

　　对于未来量子通信领域的发展，王建宇说：“ 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，肯定还会有很多困难。当然如果是补充作为密钥这块，真正做起来市场也是很大的。比如在量子测量、导航应用方面，还有一些以后量子成像、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，但是风险还是要看得到。”

　　以下为本期的直播对话实录：

　　卢鋆（本期对话主持人）：大家好，欢迎进入腾讯新闻空天计划推出的《星空对话》栏目直播间。我是本期栏目的主持人卢鋆，感谢大家准时收看。

　　近日，墨子号牵手京沪干线，我国的科研团队成功组建了世界上首个的天地一体化广域量子通信网络，实现了跨越几千公里综合通信链路的长距离传输。此举标志着我国已经成功构建出天地一体化的广域量子通信网络，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了非常重要的基础。

　　随着技术的不断进步，量子领域的应用范围也会逐步扩大，量子化的技术场景也会逐渐融入我们的日常生活，它是否会成为我们生活的常态？它会给我们生活带来哪些改变？量子卫星技术的瓶颈是什么？中国应当如何培养我们的量子技术的科研人才，并且保证这种队伍的建设？今天我们有幸邀请到中国科学院院士、量子科学实验卫星工程常务副总设计师、卫星总指挥王建宇老师进行对话，为我们解读量子卫星背后的黑科技。有请王建宇老师。

　　王建宇：大家好，我叫王建宇，来自中国科学院上海技术物理研究所，我们这个团队参加了墨子号量子科学实验卫星的整个过程的研制。非常高兴和观众们见面，大家有什么问题可以向我提问。

　　卢鋆：借着今天这个机会，我非常有幸可以当面向您请教。普通的卫星通信与地面通信相比，有它独特的优势。地面通信会受到距离、障碍物等因素的影响，而卫星通信则可以在地面通信无法到达的地方通过卫星来实现信息远距离的中转和传输。那么什么是“量子通信”？与传统意义上的通信相比，它的优势是什么呢？

　　王建宇：关于量子通信想必大家都有很多的疑问，曾经我也碰到过很多有疑问的朋友，其中有些甚至是从事科研的，他们往往会这样理解，通信技术的发展最早是无线电通信，后来变成了微波通信、激光通信。他们问我量子通信是不是能够把现有的技术给替代了？今天跟观众解释一下，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。

　　卢鋆：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。这个突破点的核心在哪？

　　王建宇：大家知道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概念。

　　卢鋆：我在网上看到的一些资料，说它的主要的理论基础是「光电效应」 ，是不是这个概念？

　　王建宇：是的，就是光电效应。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。

　　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：

　　第一部分是量子通信。量子通信是最简单的应用，比较容易理解。

　　第二部分就是更能够改变世界的量子计算。虽然现在它还没有像量子通信那么成熟，但是全世界在量子计算的投入比量子通信大的多，一旦成功它将会颠覆我们整个计算的理念。具体什么时候能成功我现在还不能预测，包括前段时间我们国内“九章”计算机，国外谷歌做的模型机，我认为这些还只是一种理论上的探讨。

　　第三部分就是量子测量，这个技术的用途也非常广泛。比如我们原来导航最早用机械陀螺仪，后来用光学陀螺仪，它们还是有很大误差的，可能两个礼拜不矫正，误差就很大了。但使用量子测量的话，半年甚至一年也不需要去调整它。我们生活当中有七大基本物理量，一米、一秒钟最初都是用实物确定的，而现在都可以用量子测量方法来定义。所以量子现在对我们的生活会产生非常大的影响。

　　量子通信或者量子密钥利用了量子物理里面的两个特点：

　　第一，任何物质都是粒子化的。比如说水分子，水最小的单位就是一个水分子，再好的化学家也分不出半个水分子。光也是一样的，爱因斯坦发现光电效应，把光分成了一个个的光子，这就是第一个原理：量子是不可分割的或者说光子是不可分割的。

　　第二个原理是量子世界和我们现在的经典世界有一个非常大的区别，在经典计算机里面，0 就是0，1 就是1，但是在量子世界中，0 和 1 是相对而言的，以一定的概率存在。

　　我举个比较简单的例子，我们小时候很多人都玩过转分币的游戏，分币在转的时候，我们就可以把它看成是一种量子态，这个分币掉下来后到底是字还是国徽？我这样问，估计一半人都要回答错。但我换一种问法，拍一千次，几次是字？几次是国徽的那一面？这个问题就比较好回答，大概 50% 对 50%。这就是量子的测量，不测量不知道，但是测量以后原来的状态就被破坏了。由这个理论我们推出量子物理的另一个观点：量子不可克隆原理，量子被拷贝一份以后，一定有一部分是错的。量子通信的密钥实际上用了上述这两个原理。

　　再举个例子，主持人在发密钥的过程，发了很多密钥出去，但由于空间外面的损耗，主持人只收到了 10%，但这 10% 你收到了，别人就无法收到，这是量子不可分割的唯一性原则。窃听的人会提出一种办法，比如说我把你发的量子全部拦截了，之后再拷贝一份再发给给你，就能破坏或者破译你的密钥。这时候就体现了量子物理的第二个原理——量子不可克隆原理。当接收人收到以后，报给主持人其中一部分数据对一下，如果都是对的，或者只有一个两个是错的，这可能是信道通信的误差，通信肯定是安全的，但如果有相当大的百分比数据是错的，这套密码就很危险，可能被人窃听了，那我们就放弃这个密钥。这就是为什么量子密钥在分发过程当中是绝对安全的，这是非常通俗易懂的道理。我们在墨子号上做的一件重要的事情，就是从天上把密钥发到地上。

　　卢鋆：您把它很重要的原理讲的非常的清楚，刚才您讲到的不可分割的原理、不可克隆的原理，听您讲之后比在网上看的收获更大。我最近看到一个新闻，今年 1 月 20 号上午，我国的两院院士评选出 2020 年中国十大科技进展，第六大进展提到了科学家达到了“量子计算优越性”的里程碑。

　　谈到量子计算。您讲到了量子通信是第一步，后面有量子计算甚至量子探测。对于量子计算的原型计算机“九章”，它现在达到的量子计算优越性的这一里程碑对我们科学探索或者生活来说有什么重要的意义呢？

　　王建宇：先声明一下我主要是搞工程的，对量子计算不够了解，我根据自己了解的简单讲一下。首先量子计算现在和量子通信不一样，量子通信已经可以进入使用的阶段，而量子计算是还在发展之中。它利用的是什么原理呢？在二进制中，0 就是0，1 就是1。一个数据要增加的话，需要位数增加，计算机随着位数的增加，比如 CPU 从 4 位到 8 位，现在到 64 位甚至更高，计算速度的上升是线性的。而量子物理中，由于是一种不确定态，0 和 1 是以概率存在，一个量子有很多状态，所以它增加的方式不是线性的，而是指数的，随着量子的增加，量子计算的能力会上升非常快。

　　研究量子计算的科学家有一个比较美好的比喻，假定将百个量子量级进行纠缠计算的话，理论上它的计算能力是目前全世界计算机的能力之和。

　　有一个古代故事：一个智者和印度的国王以棋盘格子放麦子，国际象棋第一格一颗，第二个两颗，按指数增加，最后国王把全国的麦子拿出来都不够。量子计算运用指数增长的原理，所以量子计算一旦成功，它的计算速度非常快。

　　其次量子计算之所以好，恰恰还因为现在正处于基础原理攻关阶段，它有很多实现方法，比如超导、冷原子、光子，我的形容是“万马奔腾”，到底哪种技术会跑得比较快，这不好说，但它们都有很大的进展。

　　量子计算其实和人类的科学和工程是同步走的，为什么这两年比较快？它有一个非常重要的基础，要完成量子计算一定要使得量子材料温度非常低，这和人类发明激光冷却是分不开的。所以量子的发展和制冷密切相关，现在我们一般的机械制冷制到几K已经没问题了，再加上激光制冷，它可以把原子降温到形成一定顺序，这样科学家可以操控每一个原子，突破量子计算。

　　主持人刚才提到了“量子优越”，这是什么概念？量子计算是一种专门的、专用的计算机，不是我们想象当中的便携机，而是用来解决某一种特殊的物理问题，类似于模拟计算机。针对一种物理现象，用传统计算机仿真，这个过程非常复杂，而且加入一颗量子可能复杂程度提高一倍不止。但是量子计算用量子本身去计算，计算的就是自己，如果科学家操控它一个一个量子，计算速度是非常快的，形成一个物理系统，这就是所谓的量子计算在特定领域的优越性，我们给了它一个名字叫“量子优越”。现在对量子计算来说，量子优越这件事情，我们已经看到成果了，它确实比现有的计算机快非常多倍。

　　卢鋆：我终于知道经常说的优越性是什么意思了，就是它在某一个领域上的独特优势，所以把它称为量子计算的优越性。

　　王建宇：是的，比如业界有人说什么「量子称霸」，同样的道理。

　　卢鋆：爱因斯坦早期发现这个问题，现在想想过去了百年，现今咱们才把这些技术真正的作为科学实验，未来将进入人们的生活。大家都把量子技术称为颠覆性技术，给我们生命、生活以及日常的生产，带来很多颠覆性的影响。刚才谈到了量子通信这种安全的通信方式，包括您提到它能提供一种不能被破解、不能被窃听的安全信息方式，咱们现在还有很多传统意义上的保密方法，这种方法有没有可能跟新的方法结合，进而产生一种更为安全的保密体系？

　　王建宇：这个问题非常好，我们 2016 年发墨子号在国内外也有质疑的声音，有些声音不是太友善，也有声音表达对科学的探索。主要有几个关注点：

　　第一个问题，针对量子通信和我们的量子保密这件事情没分清楚，所以有质疑声音说不是通信而是产生密钥，但我们的定义就是这样的。

　　第二，做量子的时候，我们找到一种物理上的原理，它在分发过程当中是不可破译的，也有很多人提出质疑。但是世界上的事情没有绝对的。对于密钥保密系统工作者说，这件事没有那么简单，这是一个原理，我们保密体系是很庞大的，想要进入没那么容易。

　　严格说，量子密钥有边界条件，在分发过程当中不可破译，更严格的说，在分发过程当中一旦被窃听，我们便能知道，这点和传统的保密相比，已经是非常了不起了，其他的都是在不知不觉当中被人偷走，在这个方面它是有革命性的。

　　量子密钥真正要用到我们生活当中，大家知道这种工作最早用的一定是国家的安全体系——金融安全。现在还有大企业，一开始成本肯定比较高，比如中科大团队在建天地量子密钥以后建了一个京沪干线，不能说是使用系统，它能演示我这个密钥在里面怎么用的。

　　经过这 4 年，国内非常好，开始的时候很多人质疑我们，现在转变成大家共同来想办法怎么能够把这个好的技术用到我们生活当中去。科学院、工程院，包括国家的保密部门，都和我们一起来考虑怎么样把这个纳入到现在的保密体系中。新事物不能把旧事物一下全部推翻，一定是慢慢置换的过程。国家层面上也会有关于量子通信和量子计算机的有重大专项会，这里面我们会做很多工程化和实用化的事情。

　　卢鋆：我在本科阶段也学过计算机，当时的专业是计算机科学与技术专业。随着安全，确实是矛和盾的两个方面，攻和防确实没有绝对的安全。

　　刚才您说分发，安全的分发，在分发的过程中您大概知道您的密钥有没有被别人监测或窃取。我们作为一个密钥分发的卫星，如果这个卫星本身的控制权（已知有空天攻防的概念），它的控制权到相应的外方手里，是不是有泄露的风险？在现实条件下，如何实现安全和远距离的保密通信？

　　王建宇：从科学上来讲都是会发生的，应该说我们现在密钥，量子里面也是有很多方式。我们现在最常用的叫黑科技，它不是真正一个一个量子，我们叫光子状态，激光出来以后，我只要把激光衰减，它的光子数非常少了，通过数学上严格的证明，它也可以作为不可破译的密钥。这是现在用的最多的。

　　像这种密钥有一端被人控制以后，是不行的。但是量子力学的魅力就在这个地方，有很多原来觉得不可思议的东西，但现在发现非常有用。我要说到另外一个概念，所谓的“量子纠缠”，什么叫“量子纠缠”，我前面说了很多量子不可克隆，量子不可测量。不测的时候状态不知道。反过来一个量子，测了这个是绝对不可能知道另外一个，但是在量子力学里面，科学家发现在一些特殊的情况下，一堆量子有一个测定状态以后，另外一个立马会跟着确定，叫“量子纠缠”现象。科学家认为此事非常奇怪。量子力学创始人爱因斯坦对这个都感到迷惑，他说这个不对，一定是量子力学理论不完善，造成了这种现象。

　　因此科学家们就是要搞清楚这个事情，他们理论做推导，又有了实验，验证了这种纠缠现象确实存在。我们墨子号第二个任务就是来验证，因为科学实验我地面做了一公里，不等于十公里是成立的。做了十公里，不等于一百公里是成立的。我们在墨子号上把这个做到了一千公里。本身是一个物理学上猜测的验证，这在我们三大成果里面，这个成果的关注度几乎是最高的。技术上最难实施，当时我们要把一堆纠缠光子分到两个地面站，这么高精度都要收到。这个密钥有一个非常奇怪的特点，就是卫星被控制了，只要你这个纠缠光源在发，连卫星都不知道这个密钥是什么，只有地面两个测到的人才知道。从理论上也有这样一个做更高级的密钥。

　　卢鋆：即使卫星被控制，最终地面的两个用户他知道自己密钥是什么样的情况。您刚才提到了量子科学实验卫星，当时是三大科学任务目标，有一个突破了千公里技术，感觉是最核心的。现在科学的目标实现之后，还有哪些科学目标咱们要做？从科学向应用这块去逐步进去，量子的技术融入到咱们的日常生活，会在什么样的周期内成为我们生活的组成部分之一？会给生活带来哪些方面的改变，有没有一些例子？

　　王建宇：墨子号当时设定的目标是三个，一个就是密钥分发，前面说过了。第二，纠缠分发，验证这个纠缠现象超过千公里还存不存在。第三个任务是我们要做一个所谓的隐形传态，它是量子力学另外一个东西。

　　前面说了量子不可克隆，一个系统如果不可拷贝，它和外面无法交流信息，科学家觉得它有自己的通道。上世纪末欧洲的科学家觉得如果这个纠缠存在，量子信息传递可以通过纠缠的方法来传递。后面起名叫“隐形传态”，和一般的拷贝不一样，一个量子从一个地方传到另外一个地方。所以我们的第三个实验就是要做一千公里天和地，我从地面送一个量子状态到卫星上，我能不能做到这个？

　　三大目标里面后面两大目标严格说都是科学实验，第一个是可以使用的。墨子号做完以后，我们设计的寿命是两年，也做的比较好，到现在还在正常运行，其实科学家利用这个还是做了更多的实验。第一，我们不单自己做，基础研究这个东西希望大家都来参与，中国做了这个你向外国不太开放，人家就怀疑你，你做好地面站，后面两个他们没法做，第一个实验他们也是可以做的，好几个国家已经做了。

　　第二，科学家也会考虑很多新的科学实验，举一个典型的例子，我们成功实现了用纠缠源作为密钥，我们成功的做成了，这个工作也是一出来就登到《科学》杂志上去了，国际上也是非常认可这件事情。

　　我们同国外合作，实现了全世界第一个洲际量子密钥传递。比如当年邀请中国科学院大学白春礼院长和奥地利科学院的院长，两个人通过量子保密视频电话进行通讯。我们又做了爱因斯坦相对论里面有一个“退相干”的猜测，我们用这个验证了至少在一千多公里范围里面，退相干是不存在的，它还是相干的。科学家做了很多新的实验，现在他们还在做，这对科学家很宝贵，相当于一个空天的实验系统。和老百姓的生活应用到底怎么样？我们也是有计划的，有设想的。因为一个科学系统总归希望尽快得到应用，也能回报国家、回报人民。

　　我们在密钥分发上可能会比较快的走到实用，需要做几件事情，现在墨子号仅仅是一个科学实验卫星，能做的时间非常短，我们采取两个办法：

　　第一，接下来如果要把卫星的轨道提高，轨道高了才能看到的区越大，可以提高它分发的效率。第二，我们只能晚上做实验，白天不能做，因为白天背景光太强了，我们要把这个问题解决了。

　　我们还想组建一些用的专用的小卫星的网，我们国家现在做很多各种各样空间互联网通信卫星，也可以在上面搭载一个仪器，来进行密钥的分发。

　　我估计不远的将来就能够用到，比如国家的一些涉及保密的单位等都能用到，但日常生活的应用，比如说在手机里安装，离老百姓还是有一定的差距。日常应用也不是非要安装手机里面，比如给银行用，那么密码的设置安全性会提高很多。我们还是比较有信心，目前国家重大专项也在设，从民间来说各种资本也愿意投资到这个领域，我不敢说完全产业化，但发展应用是很快的。

　　卢鋆：王院士这里面有两个问题，我想关注一下，您刚才说“隐形传态”，我在网上看的时候很多人还问，是不是就像一个时空穿梭机，我从一个地方到另外一个地方后还可以保证我的唯一性，因为我原来的状态就被销毁掉了。有没有这样的比喻？

　　王建宇：网上是有这个比喻，这种时空穿梭应该说是种美好的愿景，具体怎么做的呢？我简单说一下，这个东西原理非常复杂。比如说我有一个粒子传到另外一个地方，可以借助纠缠堆。纠缠堆是指，一个A一个B，和粒子A先做一个测量作用，我们就说一个量子测量，从量子力学来说测量以后本身这个粒子和纠缠粒子A都坍缩到经典态了，所谓的本身就消失了。因为A和B是纠缠的，和A的测量就相当于和B的测量，它的特征瞬间毫无时间转到B上。这个粒子和A的测量的结果传到另外一个地方去，把这个数据和B的粒子在量子力学里面作为一个变换，不是测量，就可以把原来这个粒子的状态完完全全恢复出来。夸张的说突然一下这个粒子出现另外一个地方，像时空穿梭一样。

　　卢鋆：您说到咱们量子通信卫星墨子号，量子科学实验卫星它是 2016 年发射的，之前的设计寿命是多长时间？是不是已经超期服役了？

　　王建宇：我们已经超过一倍以上的时间了，我们做了一个评估延寿是约两年的时间，现在再两年延寿也已经完成任务了。

　　卢鋆：超期服役的卫星确实效益还是非常高的。还有一个您刚才讲到了两个地面站，墨子号卫星是靠什么连接和传递，是靠激光的链路吗？

　　王建宇：从技术上来说，卫星上面的激光下来，有一个导引光。量子真正通信，眼睛是看不见的，一个一个光子根本看不见，必须有一个导引光，这个导引光和激光通信从原理上是非常相似的。但是我们比激光通信要困难在什么地方？

　　第一，导引光是一种强光，而我们的量子通信光是十分微弱的光，所以我们的光混着导引光一起下来，这个光子就像大海捞针一样。我们要挑出来，对接的方法全部是和激光通信是类似的。

　　第二个困难的地方，一般的激光通信都是一个卫星对一个地面站。但是因为我们设计了纠缠分发，这颗卫星必须高精度对两个地面站，这个当时对我们挑战是最大的。我也有一些国外的朋友搞量子的开玩笑说，王院长你们做的量子卫星，量子这个东西我们也会做，捕获跟踪这个手段太强了，我们觉得从技术上来说，这个技术我们现在是做的最好。

　　卢鋆：还有一个问题，三大实验任务刚才说到了首次在国际的空间尺度上，开展了量子纠缠的分发实验，有一句话，爱因斯坦把量子纠缠称为鬼魅般的超级作用，是这么提过吗？

　　王建宇：是的，超远距离幽灵般的相互作用，有人形容「鬼魅般」、「幽灵般」都说过。

　　卢鋆：这种幽灵般的超级作用是不是在更远的距离上存在，引力、相对论、还有一些相关因素，是否是影响因素？

　　王建宇：这可能也是我们科学家后面要探索的，因为从物理学上实验验证，做了一公里不等于两公里成立，现在我们做了一千公里不等于一万公里是成立的。包括引力退相干这个理论，现在验证了在一千公里里面没有退相干，纠缠现象还是保持的非常好，但是不是到一万公里，甚至在地球和月球之间的距离做这样的实验，还能不能保证它的相干性，这个是我们从物理学上以后要做的一些实验，科学家也想以后有一个信道到月球上，我们也有这个能力来做地球和月球之间的相干，进一步证明爱因斯坦的广义相对论、相干测量，在这么长距离是不是可行。

　　卢鋆：距离没有最远只有更远，科学目标没有最高只有更高。您刚才说了墨子号卫星两年又两年，超期服役，相关的科学目标也全部完成了。墨子号后面还有一些超额的设计目标要突破吗？

　　王建宇：这相当于基础研究，科学家比较宽松一点，他们绝对不会把墨子号放在那里不用。三大成果完成以后，同样量级的成果又出了好几个，包括洲际的密钥分发、纠缠的密钥产生、退相干理论。我们下面想通过这些东西来做一些视频传递测量的事。

　　卢鋆：超高链路的视频传递也是我们特别关注的，北斗也有相关的芯片链路，我们也在跟空间站做一些相关的科学实验工作。您提到北斗，我个人有一个问题想请教您，现在我们提量子导航，它某种意义上是不是一种自主的导航手段？

　　王建宇：导航科学原理其实非常简单，三个点或者四个点定出另外一个点，通过时间的传递，最终的误差很多来自于地面大气层的干扰，高精度的误差。

　　实际上，量子它是通过纠缠的办法，有些测量是通过纠缠办法可以减少干扰，它不是说消除这个干扰，所以如果有多少个纠缠对，它精度可以提高N的开根号水平，原理是通过量子纠缠的方式来减少大气自然界对时间传递的干扰。

　　卢鋆：包括我们国家，以及现在国际上很多国家，都在形成各国综合多种定位导航手段的体系，核心肯定像全球覆盖的卫星导航系统，这是非常重要的基石。此外还要融合其他的手段，量子这种导航也是非常重要的，像您说减少误差源的产生，不能形成绝对的精度，但是可以形成相对精度的提升。现在有很多资本对量子也很关注，大家都很关注高技术领域的投资，很多场景像刚才说密钥分发未来会应用到我们生活当中去，可能还有一些科学目标待实现。现阶段您觉得量子领域如何突破才能应用到我们现实生活当中？我想这个可能对这些资本的投入也能提升他们的信心。

　　王建宇：我谈谈自己的体会，产业发展是很复杂的一件事情。大家目前很看好量子，这个赛道比较火爆，但让量子真正产业化，它的门槛比较高，肯定还会有很多困难的。从量子通信来说，它是现在通信的一种补充而不是替代。外面有传言说量子通信要把原来光通信替代掉，这是不对的，当然光是补充作为密钥这块，真正做起来市场也是很大的。比如量子测量领域，导航里应用，还有量子成像、量子雷达等等，首先有一些会在国家安全上得到一些应用，也会出现一些相应的产品。投资量子是好事，但是风险还是要看得到，技术攻关还在突破中，甚至在国际上也存在一些争论。谁先进去，可能后面成长的空间就大了，我个人觉得是好东西，但还是要慎重。

　　卢鋆：体现了科学家严谨的态度，之前咱们谈到量子通信，对于未来量子计算领域的发展和探索，包括量子探测的领域。我之前听过一位专家提到讲量子探测、在遥感领域的应用发展会较多的。不知道王院士对这方面能不能介绍一下？

　　王建宇：量子探测从根本物理学上讲，它是一个怎样的进步呢，以前我们都是用所有物质的外特性，比如机械的外特性，到光的外特性，它就先用光的波长，后来再进一步用光的相位又能提高很多，量子是用原子里面的固有特性，它比这些特性又提高许多量级。

　　包括前面我们提到了很多物理量的定义，都是用原子里面的特性，比如什么波长、哪个能接到、哪个能接、跃迁的波长是多少倍等等。总的来说我们可以先看三个方面：

　　第一，在量子测量方面，量子探测要用的就是量子陀螺，很多人都已经在做了。它比传统的陀螺高几个数量级。

　　第二是量子定位，可以通过量子的办法降低干扰，提高精度。还有一种是测重力场，以前有重力场的传感器，用量子的方法也可以做重力场的传感器，这个也是可以提高精度的。

　　还有一种，我原来是研究遥感的，它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，离真正达到现在成像的效果还有很多路要走，原理上是有突破的。量子测量可能是最实用，今后也能看得见的一个领域。

　　卢鋆：我们现在在研究量子导航这块，刚才您谈到量子纠缠包括量子陀螺，我也希望咱们国家在这方面成为我们非常重要的支撑。大家现在还有一个疑问，之前我一听量子总认为它是一种粒子，比如我们经常说物质是由原子组成，原子是由原子核和电子组成，原子核又由质子和中子组成，量子跟各种子是一种怎样的关系？有没有可比性？

　　王建宇：量子严格来说是微观世界粒子的总称，原子是一个量子，电子也是一个量子，量子是它们在微观世界的一个总称。粒子到微观世界以后，这些粒子都有所谓的这些量子的特征。

　　卢鋆：量子除了是粒子，它是不是一个数学概念呢？

　　王建宇：比如有一个电子、一个质子、或者一个原子，它们都是有质量、有体积、看得见、摸得着的。但是光子也是非常特殊的，也是大家公认的量子，光子因为速度是光速，它没有静止质量，但是其他也是符合量子力学的特征。量子就是一个统称的概念，这些东西通通都可以叫量子。

　　卢鋆：很多航天火箭，包括卫星起的名字都非常有诗意。他们会用古人、先人的名字来命名，“墨子号”命名背后有没有什么故事跟大家分享？

　　王建宇：墨子号确实有含义和故事。当时我们科学院发了四颗科学卫星，第一颗是暗物质探测，后来是全部征名的，它起名叫“悟空”，到我们的时候，科学院领导问我们要不要征名，我们内部讨论以后觉得不太合适，主要是潘建伟院士提出来的，他说我们不征名了，就叫“墨子号“。墨子是中国四大圣人之一，四大圣人里面，墨子以技术发展擅长，《墨经》里面有很多中国科技发展的题材，特别要说道的《墨经》里面记录了光学中最基本的实验——小孔成像，这在全世界有最早文字记录的。我们这颗卫星主要用光学的手段，用激光做的，所以为了纪念圣人，也纪念光学的老祖宗，我们把这颗卫星起名为墨子。

　　卢鋆：现在很多科学家都有这种浪漫的情怀，这种经典的文化，经史子集的了解，对我们来说很多年轻一代增加了对航天，对科学的兴趣。最后两个问题，现在我们有科学实验卫星墨子号，根据需要开展一些研究工作，后续量子这块还有哪些航天的发展计划？

　　王建宇：有的，还是以科学实验为主，真正从产业到实用化，肯定是国家产业化会做的。我们会考虑发一个中高轨的卫星，把轨道提高以后来解决前面提到的白天晚上问题，如果有实用化的，或者有企业感兴趣，我们会增加低轨的量子通信小卫星。这些计划都在安排当中。

　　卢鋆：既有大尺度的实验，也有专门的业务卫星考虑。

　　王建宇：大尺度的中高轨卫星是新一代的空间科学的探测，我们在上面还会再增加一些类似的科学实验。

　　卢鋆：高轨卫星承载量还是非常大的，可以是多个科学载荷共上，共同来利用这个平台。现在咱们这种高科技的技术其实需要高科技的人才队伍，您感觉目前量子技术研究科研人才能不能满足队伍需要？应该怎么去保障队伍更加蓬勃发展来支撑事业的蓬勃发展？

　　王建宇：人才永远是不足的，量子这块更困难一点，它还是尖端物理，学物理的人来做是比较好的。前段时间也有一些趋势，我们有些年轻学生怕物理，考物理系都不大敢，我觉得学物理非常好，学物理对能让自己对世界的认识比较客观。我也是学物理出身的。最早的时候物理学的不够好，想想又去做工程，物理基础打的好，转变也非常快。一个大的产业和一个新的技术兴起，人自然会跟上，它有一个自然规律。也可能这么一来，有更多的人觉得学物理还是好的。

　　卢鋆：现在人才队伍的流失是一个问题，怎么用科学为国家服务、为社会服务、为世界服务，这种新的更宏观的目标能吸引更多的年轻人加入到队伍当中是非常重要的命题。谢谢王院士的分享，给网友朋友们好好上了一课，包括咱们的几大量子原理、不可分割原理、不可复制克隆的原理、不可测量的原理。也分享了我们国家在量子通信、量子计算，包括量子测量这个领域在国际上的领先地位。听了王院士的介绍后感觉很振奋，包括后续还有一些新的发展规划。

　　其实墨子号上天之后，几大科学目标的实现，国际上的比对实验，在国际国内产生了非常大的影响，确实未来如果能在我们的生活中为我们国防的安全、金融的安全、生活的保障上发挥更大的作用，这是我们更期盼的事情，谢谢您。您有没有结语送给我们的青年朋友们？

　　王建宇：希望有更多的青年朋友能够热爱物理学，加入到我们的量子队伍，也希望量子技术早日走入千家万户。