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院士报告厅｜王建宇：从量子卫星成功看中国如何从跟踪到引领

郑阳整理

2021-05-12 10:03

来源：澎湃新闻

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4月15日，深圳创新发展研究院、博研商学院、深圳企联共同主办的“科技创新院士报告厅”正式启动。中国科学院院士、中国科学院上海分院原院长王建宇围绕“量子黑科技：创新趋势与产业化前景”做了主题演讲。

王建宇系全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”常务副总设计师、卫星总指挥。以下内容根据王建宇院士演讲录音整理：

中国科学院院士、中国科学院上海分院原院长王建宇（本文图片除署名外均为主办方供图）

我来分享一下大家比较关心的话题：“墨子号”到底是做什么的，量子技术发展会给我们带来什么。

神秘的量子世界和光子特性

首先给大家讲一讲量子到底是什么。这个概念对大众来说确实有点考脑子。二十世纪物理学有两大非常重要的发现：一个是大家比较熟悉的爱因斯坦相对论，另一个是科学家普朗克1900年提出的量子论。这两个发现都很伟大，其中和我们生活更加密切相关的是量子论。因为没有量子力学、没有量子论的发现就没有我们现在的集成电路、半导体工业，大家手上的手机也通通没有了。当然，大家相对熟悉的爱因斯坦也是量子领域的奠基人之一，他的第一个诺贝尔奖就和量子有关，他发现了光电效应。

这张照片是1927年布鲁塞尔第五次索尔莫会议的合影，这是一张传说中集中了地球上1/3智慧的照片。上世纪20、30年代对物理学进步作出巨大贡献的科学家都在这个照片里。这个会议为量子力学的发展奠定了基础。

图片来源：演讲者供图

量子力学这么早就奠定了基础，为什么今天又重新提出来？因为在量子力学的基础上又发展出了量子信息学，具体包括三个应用方向：第一是量子通信；第二是量子计算，我认为这比量子通信更神奇，甚至觉得这个有可能成为今后颠覆世界的一项技术，就是用量子的方法替代传统的计算。第三是量子精密测量，测量作为最基础的方法，原来很多是用机械的方法，现在很多是用电子的方法，而今后要用量子的方法来测量。

这三大内容，原来由于对量子世界的认知有局限性，不能很清楚地认知。经过了一百年左右的努力后，现在不仅能够清楚地认知了，而且可以去控制它、使用它。

很多人会问，量子世界你们说得那么神奇，我们为什么看不到？物理学家说因为这存在于微观世界，所以在宏观世界你是看不到的。有人追问，那什么是微观世界？什么是宏观世界？他们的分界线在什么地方？我今天可以告诉大家，没有一个物理学家能够把这个问题回答得好。但是微观世界这些奇奇怪怪的现象实际上我们都已经在应用了，我们的集成电路很多用了这个原理来进行计算，所以量子世界确实是存在的。

演讲现场

中科院先导项目——量子科学实验卫星“墨子号”

接下来要讲的是“墨子号”。在此我要纠正一下，很多人叫做量子通信卫星，泛泛来说是对的，严格来说是不对的。因为我们发射的是一颗量子科学实验卫星。两者间有什么区别呢？如果是一个量子通信卫星，应该是一个实用化的卫星，要承担量子通信的任务。而“墨子号”要进行的是科学实验，有几大任务，主要是验证物理学上的一些原理。

这得到了中国科学院空间科学先导专项的支持，我们当时发射了四颗卫星，“墨子号”是其中一颗。主要将当年量子物理学家潘建伟院士的一些想法，通过这个卫星在天地一体的范围里面实现。比较形象地说，就是建立一个几千公里范畴的大实验室，潘院士通过这个实验室完成他的科学实验。

“墨子号”的任务包括三方面。第一，要进行星-地量子密钥的分发实验。有很多人认为现代科技发展很快，以前是电的通信，后来又出现光的通信，光的通信集成电路已经发展得很好了，现在互联网又这么发达，量子通信是不是比光通信还要先进，将来要把光通信替代掉？这个想法是不对的，量子通信是现代通信手段的一种补充，在通信当中只产生密钥作为保密的保障。

和我同龄的人应该都知道《红灯记》，故事里面被抢来抢去的就是密电码，游击队在传送的过程中日本人要截取它。这就表示密码是通信保密的手段，对方一定会截取，而最容易截取的环节一定发生在传输过程中。

现代的密码也是这样，用再好的计算机产生出来的密码，一定要比对方强。这种对传送过程的要求，无论是对于现代传输手段，还是经典的人传都是一样的。现在我们国家很多战区的密码传输方式要更换了，有时候还是一个人拎着一个密码箱，将硬盘送过去的。物理学家利用了量子的方法，创造了一种在传递过程当中不可破译的密码。

现代通讯手段里，很多密码都是可拷贝的。一个信息在传输过程中，既让你收到，中间又被偷出去让他收到，才会泄密的。而一个光子只有一个方向，如果你拿到了，别人就拿不到了。这就是所谓被窃取的光子不产生密钥，量子的不可分割性原理从中发挥了作用。“墨子号”现在要做的第一个任务就是，把密钥分发送到天上去。

有人会问通信现在很多都是用光纤的，你们为什么要那么麻烦弄到卫星上去，又花钱又不可靠？因为在地面所有的网络里面，光子在光纤里面走是有损耗的，超过100公里以后它损耗往往是不能承担的，有很多科学的制约。科学家后来发现，只有通过卫星直接分发，衰减会非常小，可以把密钥发送到全世界各地。

“墨子号”的第二个任务是所谓的纠缠分发。前面说过一个量子不去测量就不知道它的状态，但是量子力学在推导的过程当中又发生了非常怪异的现象：某种特殊的状态下，一对粒子中一个被测量以后，另外一个立马退出状态。这好像和前面讲的量子力学的不可测量、不可克隆的理论不太一样，这是量子力学理论中的两光子极化纠缠态。

很多科学家提出，到底多长距离里面这种现象是存在的？在地面当时最远的距离，是潘建伟院士和我们一起做的，在青海做了100公里的实验。而借助卫星可以做到1000公里，所以“墨子号”的第二个任务就是通过卫星来看看1000公里量子纠缠这种现象还存不存在。

“墨子号”的第三个任务是地-星量子隐形传态实验。前面讲过量子不可克隆，就是说这个信息是孤立的，不可能传出去，一传出去就会错。物理学家认为这不可能，微观世界或者量子世界一定有它自己信息传递方式。对于这个疑问，一直到上世纪90年代，奥地利的一位科学家，也是潘建伟院士的导师团队，他们提出了一种所谓隐形传态的概念，他们认为如果这种纠缠是存在的，就可以借助这种纠缠把信息传出去。

我们在地面已经做成这样的实验，那么能不能通过卫星把地面的量子信息发到卫星上去，现在是1000公里距离的实验，以后可能还要做到1万公里。这就是“墨子号”第三个任务，地-星量子的隐形传态。

具体来说，就是组成一个天地大系统，我们在常规卫星上面增加了一个应用系统，做出来以后让科学家去用。在中国做这个实验很有利，因为得到了国家的支持、中国科学院的支持。做这个实验虽然有很大的风险，我们也要做，但是要尽可能节约国家的钱，因此我们采用的是600多公斤的小卫星做的。这在技术难度上比较大，但是我们克服了困难，在较低的成本下做了这个实验。

我们设了五个地面系统，其中大部分的地面系统放在西部。因为做这个事情最怕的是大气干扰，所以尽量找干扰小一点的，西部的大气比较好。

实验过程中最困难的是从地面发信息到上面去，就是隐形传态。打个比喻来说，就像一个毛玻璃，把毛玻璃放在字前面可能看出来，但是把毛玻璃放在眼睛前面就什么都看不出来了。我们的一个地面系统在西藏的阿里，海拔将近5000公里，这种自然条件一般人是受不住的，当时我们一个老师带着一队研究生在上面工作了很长时间。

“墨子号”是在2016年8月16日发射的，2017年1月18日正式交付。现在这颗卫星还在继续工作，虽然卫星的寿命是2年，但是做了3年的延寿，让科学家可以做很多实验。

“墨子号”运行情况和国际国内反响

那么卫星发射上去以后运行情况怎么样？国际国内有什么样的反响？先给大家说一个插曲，当时我们中国科学院做了四颗科学实验卫星，其中第一颗很神奇，是探索寻找暗物质。因为在这个宇宙上，我们能看到的只有大约5%，还有95%是以暗物质、暗能量的形式存在的，这是宇宙大爆炸理论探索出来的。

现在有另外一个非常热的分支，就是引力波测量。如果引力波像电子波一样应用了，我们就能够找到暗物质和暗能量，这第一颗卫星就是探索有没有暗物质。这颗卫星是比我们早一点发射的，当时全国进行征名，最后起了一个名字叫“悟空号”，这个名字对它很贴切，“悟”在汉语里有参悟、理解的意思，“空”是空间，探索暗物质就是参悟、理解空间，而且“悟空”这个名字家喻户晓。

到我们这颗卫星就有一点小尴尬了，我们该取什么名字？要不要也征一个名，期间有人开玩笑说，不用征名了，那颗老大（悟空），这颗老二（八戒），这当然不可能了。后来潘建伟院士说，我们不要争了，我提议叫“墨子号”，墨子是中国四大圣人，他更偏于技术，墨家在古代都是能工巧匠。而且我们在《墨经》里面找到一段话“景，光之人，煦若射，下者之人也高，高者之人也下。”这描述的就是小孔成像的原理，全世界第一次有文字记录这一原理的就是《墨经》。所以墨子不仅仅是一个哲学家，还是一个科学家，也是我们做光学的祖宗，为了纪念他我们起名为“墨子号”。

“墨子号”的所有实验我们不到6个月就做完了，第一篇论文是2017年6月发表在Science上面的，封面文章《1200公里的纠缠分发》。2018年的时候，潘建伟院士打电话说我们得了一个大奖，就是Science的最佳论文奖。他看我没有什么反应，说Science一年只评1篇最佳论文，而且这个评审不是我们自己申报的，是全世界科学家评审的，叫克利夫兰奖。从历史上看，评上克利夫兰奖的作者有很大比例最后都得了诺贝尔奖。这样一说这个奖的含金量就比较高了。可以说“墨子号”第二个实验纠缠分发得到了国际上非常好的承认和荣誉。

还有两个实验，密钥分发和量子隐形传态，相关的两篇文章我们是在2017年8月份发表在Nature杂志上的。Science、Nature是美国、英国，两大巨头科学类杂志。原来Science不太愿意发表潘建伟院士的研究，所以当时基本上都发表在Nature上。但是这一次Science一反常态，非常积极，一个月就给了我们论文录用通知，而Nature审了很长时间。后来我们知道，因为Science审我们纠缠分发实验的人本身也在做这个，他们发现你们做这个以后，正好利用这么好的机会从头到尾好好问，那时候必须把各种问题回答他，所以他们后来就发表了。Nature方面我们也有一个突破性的成果，一个团队一次登两篇文章，以前也是没有的。

“墨子号”三大实验任务我们到这个时候就非常完美地完成了，这里我给大家简单分享一些结果。图一是我们在北京兴隆站做的实验，绿色的就是我们的卫星，红色的是地面，这个是信道光，这是看热闹的，门道不在这里，门道在光里面，真正通信用的光子是看不到的。

图一：墨子号在北京兴隆站做的实验。

图二是新疆南山站建立的台站，这个拍得好像是白天一样，我们相机曝光的时间很长，所以满天的星斗都看得很清楚。能够看到卫星从这个方向出来移过去，移了很长时间。

图二：墨子号在新疆南山站建立的台站。

图三是我们在第三个站丽江站做的实验，下面是一个镇。这里会发现一个现象，前两张照片可以看到，尽管时间很短，但红的非常明显，而第三张红光不太能够看得出来，什么原因造成的？其实是大气的差别。看到红光不是好事，因为大气污染比较严重的情况下，光打上去以后很多被大气反射回来，才会看到这个东西。如果大气很干净的话，打上去的光是看不见的，这背后是物理学上的“后向反射”原理。三张照片的差别间接印证了丽江的大气非常好。

图三：墨子号在丽江站做的实验。

这张照片（图四）拍摄于乌鲁木齐南山，多张照片合成了卫星过境的全貌。

图四：墨子号在乌鲁木齐南山做的实验，多张照片合成了卫星过境的全貌。

完成了三大实验后，2017年9月份还专门通过“墨子号”量子科学实验卫星进行了洲际的量子密钥分发。当时中国科学院的白春礼院长和奥地利科学院院长安东·塞林格进行了世界首次洲际量子保密通信视频通话，在世界上第一次实现了洲际的量子保密通信。

做这个实验，如果光自己做，外部的人不会太信，会质疑中国的水平怎么一下子这么高了，所以我们开展了很多的国际合作。只要他们地面站能建好，我们的卫星就给他们通信，这也证明了我们是开放的。但这也是有前后顺序的，等三个实验都完成了、论文都发表了的时候，我们才开放，再面向国际合作，因为科学只有第一没有第二。

“墨子号”量子科学实验卫星完成实验后，在国际上影响是比较大的，因为量子技术在欧盟、美国都是被列为国家科学发展、战略发展的前沿。特别是美国还专门召开了听证会，讨论如何保证美国在量子技术国际竞争中的领导地位，他们的结论是美国绝对无法承受在量子技术革命中失败的代价。据说听证会上有一个研究量子非常有名的科学家，直接指责国会，说几年前就提醒过你们要在这方面投钱，因为中国已经开始做了，但当时你们认为中国肯定做不成，结果现在中国的技术已经超越了我们。他后面有一句话非常有意思，说不要紧的，我们美国也曾经被苏联超越了，但是我们美国人只要认真了，我们一定是世界第一，我们会抢回来的，只要你投钱。

从量子卫星的成功，看中国的高技术如何从跟踪到引领

下面我要分享的是为什么中国能够完成这么一个高技术的实验，我从四个方面来讲“墨子号”成功的基础：

第一，中国航天技术和空间激光技术已经有长足的进步，航天器发射的数量居国际第二。就是说中国在做卫星、做激光这两个领域已经有很好的基础了。

我们回顾一下1957年的第一颗人造卫星，这对美国来说是一个耻辱，因为被苏联抢在他们前面了。并不是说美国不努力在做，而是航天的风险确实很大，美国第一颗卫星发射的时候没有成功，所以当时苏联人抢先发射了。美国在不久后的1958年1月份就发射成功了，我们中国那时候差距比较大，到1970年4月才成功发射第一颗卫星。

现在我们的技术上已经和国际上最先进的技术基本上并驾齐驱了，比如我们载人航天天地往返能力、在轨控制能力、人类的空间生存能力，探月工程超远距离的测控能力、球外形体卫星的控制能力，还有高分辨率对地观测能力、卫星的长寿命能力等。

中国到现在为止，在航天上是世界老二，老大还是美国，我们可以说是航天大国，但绝对不是航天强国，因为其中原创的东西，最新的概念还是美国强。而对于“墨子号”我们中国比较自豪，因为从原理到最终都是我们自己做的。

我今天非常高兴到深圳来，因为深圳的创新思想是全国最领先的。在座关注航天的人可能知道，现在最热的就是马斯克的星链计划，他号称要发几万颗卫星到天上去，而且最早提出要做火箭回收。大家最早笑话他，现在人家成功了，有人又说这个也不难，别人也可以做，但是谁先提出来、先做到还是完全不一样的。再比如激光器是美国1960年制成的，虽然中国在1961年8月份也做出来了，但是第一和第二有本质的区别。

第二，多年的开放，为科学家的原创提供了条件，为“墨子号”注入了灵魂。“墨子号”如果没有像潘建伟院士这样的科学家从国外回来，没有他的思想是难以成功的。

当时我们在青海湖和地面做了大量的实验，验证是可以上去的，同时当时也产生了很多科学产出。我们中国人本事挺大的，给一点钱可以用土办法来验证。最难的是当时在地面本来是在实验室做的实验，但现在要到卫星上去做。卫星是运动的，而且飞行速度这么快。怎么办？当时我们想在天上找一个动的东西，最早想到飞机，后来想不太可能。我们说，能不能用热气球做，这是很土的办法，但是成功了，我们做了一个全国最大的热气球在上面完成了实验。我们最早还利用吊车做了各种各样的实验。所以说，有时候技术的创新不一定要花很多的钱，要想办法。

第三，多学科融合交叉、强强融合，是量子卫星在空间光电技术上的主要进步。因为很多的科学实验不是一个人能够做成的，虽然说科学家最主要的是智商，智商低的人肯定做不了科学家，但是大工程做到后面情商比智商更重要。一个人很有智商，不能和别人合作，事情就做不成。

我开玩笑说“墨子号”可能是五分技术、五分管理。这里面有很多的难题，比如这不是一家能够完成的，要发射，要卫星平台，要做纠缠源，要天地对接。举例来说，卫星发射出去后，因为是低空绕着地球转的，离地面大概是1千公里，飞行的速度是每秒7公里多，不到8公里。这个时候最难的是能不能找到它，我们最怕的是卫星上去以后找不到了，那就什么都没有了。

这种事情不是没有发生过，确实发生过，发生过两件事情。第一件事情，美国在2000年发射全世界第一颗激光卫星，但是发射之后就找不到了。我们国家曾经也发生过在海洋上发射的卫星一开始找不到，后来通过天文台站突然看到一个信号兴奋得不得了，成功找到了。找不到是最让人担心的，所以我们花的力气很大，要抓得住，跟得牢，打得准。

关于抓得住，还有一个故事。潘建伟院士当时跟我们一起做的时候，他建议不要全部自己做，有些部分可以引进。我们知道从美国引进肯定不可能了，就找到了欧洲几家公司，他们说了三句话给我印象非常深。第一句话，你们找我们肯定是对的，我们是这项技术全世界做得最强的，别的地方达不到你们要的这个质量。第二句话，你们有多少钱？卖最高技术给你们肯定很贵。如果他们就说这两句，我和潘院士就答应了，只需要回来找钱，因为国家给我们的预算是有限的。但他们又说了第三句，这个技术不可能卖给中国。听了第三句我们就死心了，决定回来自己做。我们做完以后，这项技术指标在全世界是最好的。可以说不被逼到死胡同上是做不出这个东西的。

其实观测卫星的原理非常简单。我们天文观测的水平是非常高的，用1米多的望远镜，可以说你想看什么都可以看到。卫星在天上飞，我们测控的精度是百米。所以时间的进度很重要，我们在一个地方等着，卫星一定会从头顶上飞过。

所以只要我们在下面打一束光，让这个光在天上有1公里范围的大小，确保卫星一定会飞过这1公里范围。卫星一飞过，我们就探测到了，天上马上反打一个光过来，两边就连住了。连住以后，我们再启动一套非常高精度的跟踪系统，我们的精度指标是0.7个角秒，最后可以做到0.02个角秒，这是技术最高之一。所以技术上要敢去做，敢去做才能够做到。另外，我们这个光要发射得很窄，因为光越小越好，我们这个光束也是全世界做得最窄的。

我们还有一个技术叫做天地链路偏振态保持，这么高精度的东西受不得振动，所以在卫星上怎么样把它控制住？我们发现卫星上的环境尽管比我们下面汽车要好多了，但不让它振是不可能的，唯一的办法是根据它的振动矫正。我们现在跟踪的技术非常高，全部做到了。

我们拥有的下一个技术叫做单光子接收技术。天上的密钥是一个个光子，就是一个黄绿颜色的灯或者是一个个波长。1瓦的灯泡每秒钟发出来的光子是10的18次方，这个能量非常小，我们怎么把它测试出来？讲得通俗一点，就是假如说我坐在一个万米高空的飞机上，向下面扔硬币，这个硬币要扔到下面一个储蓄盒里面，储蓄盒的投币口是细长的，而且我们做这个实验不是扔一个，要同时扔两个方向都准了，才能开始做这个。举这个例子后大家也能感受到这个难度。

探测一个光子的灵敏度要达到什么程度呢？我们地面站现在大概是1米的望远镜，这个望远镜可以看到的灵敏度相当于，如果月球上有人有空气，上面有人划一个火柴都能够发现。

第四，中国的科研组织和管理模式，为“墨子号”的成功发射提供了强有力的保障。我们国家的体制促成了我们的成功，整个实验不是由一家单位就能做成的，做这个很强的最主要的单位都参与了，是一个国家系统工程，是一种高科技比拼。对我们来说，还是一种对科学的追求，因为这个东西失败的概率很大，做的时候很痛苦，要有对未知探索的精神才能做成。

对中国式的科技创新，我总结了几点：

第一，我们觉得原创的科学思想是灵魂。没有原创的思想、没有原始的创新就没有这样的成果。

第二，还是要感谢管理层的快速决策。一般如果管理层为了让自己没有责任，不汇报这个事情就做不成了。而对于科学领域，要想让什么事情做不成，就不断地论证，科学家不断提出质疑，来说明这个事情有风险。但当时我们中国科学院就决定要做，有问题后面再说。

第三，兵团式的多团队联合。也就是我刚刚说的不是一个人做的，是一个团队，这跟做企业也是一样的。为什么很多科学家有很多的发明，但是做不大，因为他老盯着自己的事情。专业的人做专业的事情，科学家做科学家的事情，工程师做工程的事情。

第四，科学团队和工程团队的交叉融合，1+1>2。这里有一个故事来说明这个结论。载人航天器里搭载了很多科学家的成果，过两天就要发射了。这时有科学家提出说，领导，我昨天晚上想到了半夜，想出来比现在还要好的办法，能不能帮我们改一改？工程师说，对不起，现在不能动了，如果动一个东西可能把全局搞坏了。这个故事说的就是科学家和工程师怎么融合，把这个事情做成非常重要。

除了上面总结的四点之外，从长远发展来说还有四方面需要注意：

第一，长期支持，有所为有所不为。这个事情我们做成了，其中有我们的能力，也不排除运气比较好，这和量子一样，也是有概率的。运气不好都变成0了，现在都是1。所以希望有长期的支持，希望国家在后面还要支持我们做更高精的东西。

第二，要有宽容失败的文化。这一点是最难的。我们争取做这些事情的过程中，全国有那么多的科学家、那么多的idea，最后国家就选了你。然后你做了三、五年以后，说对不起我什么都没有成功，再给我一次机会。理论上是可以的，实际上却是不可能的。但我们整体还是要有一种宽容失败的文化，来确保创新的能力。

第三，多元化评价体系。不同的人有不同的评价体系，实现人才互补。

第四，在破坏性创新中发展高技术，才能从跟踪到引领。

下面介绍的内容是我们在量子通信如何往应用上推进。比如做一些低轨的密钥的分发，然后在国家的支持下做一些高轨的高精尖的研发。最近我发现一个很有意思的事，我发现商业的航天非常热门，很多的资本都往这个方向去。我本来觉得航天是一件风险非常大，收益不可期待的一件事情。但是现在企业家的眼光比我们更远，觉得都可以投资，好多都已经投到这个上面去了。

在这里面也有一些产业化的东西，比如以后天上有上万颗卫星，生产卫星就跟生产小汽车一样，可能达到一天产出几颗卫星这种速度了。上万颗卫星，我不要求每一刻卫星都不坏，坏就坏了，1万颗卫星上面坏了10颗没有问题。

现在做卫星还不行，开始做的时候老是盯你的进度，必须什么时候发上去，符合“五年计划”的安排等等。到最后一年一直跟我说，你要确保成功，这个国际影响力太大，万一不成功不好交待。我觉得成功虽然是第一位的，但催赶进度是不科学的，我该做出来就做出来了，可靠性的问题是靠平时积累的，不是最后一年努力就可以把可靠性提高的。

以后还是要做成小型化的，卫星也是一样。“墨子号”已经花了国家大概20亿，这个花费在算是很低的，但是要作商业应用这个价格还是很高的，还要把它再往下降。

现在的卫星是白天、下雨天运行，或者是工作时间很短，我们要实现全天24小时量级，这样才能真正让大家用起来。这最快可能到2025年会有类似的卫星，小卫星这两年就有了，大的、高轨的卫星可能要再过四、五年。

拥有了量子技术，人类生活方式会有怎样的改变？

量子力学是物理学四大基础理论之一。上个世纪20年代以后，量子力学已经渗透到各个领域和学科，比如半导体物理、量子化学，量子生物学，在很多地方都会起作用。这里我举几个比较容易理解的例子。

第一个例子是基于原子干涉的量子陀螺仪。陀螺是很古老、很传统的东西，小时候拿一个陀螺，鞭子一挥就转，那是最简单的。后来用的陀螺是机械的，以前我们做航空遥感的时候会用到，是液体的陀螺，用油的，必须加温，提前2个小时要把它暖上，但是精度不是太高。现在大量用的是光纤陀螺，用激光干涉的方法做的陀螺，这个精度比机械陀螺高很多。假如船上有一个陀螺，就不需要GPS这些东西，但现在这些陀螺可能十天、半个月就要矫正一次，它会偏掉。而用量子方法干涉出来的陀螺，可能半年、一年不矫都不会有问题，能够提高几个数量级。

第二个例子是量子定位系统。现在谁也离不开GPS了，甚至没有导航系统都不会开车了，这些系统对于民用来说都没问题。这里又要说到大气了，底层大气不但对光探测有干扰，对导航也是有干扰的。导航的科学原理就是，另外三点位置确定时可以确定第四点，只要算出这个点和这三点的方位和距离，这是最古老、最精准的。但是到地面受大气的影响，有一些应用再进一步提高精度就提高不上去了，这就是大气的随机干扰。如果用纠缠的方法提供一个量子的定位仪，就能把现在高精度的定位再提高上去。

第三量子雷达。量子雷达让人不可隐形。原来是对抗、反对抗的，你要探测我，我要隐形起来。包括两种，一种是可以产生干扰你的方法，让你看不到我。还有一种是用纠缠的办法，可以明确知道是我发的光子打到你身上回来的，这样一来检测的效率能够比传统的高很多。

量子测量还有一个例子。比如我们物理学上有七大物理量，包括时间、长度、重量等。原来长度是怎么做的呢？做一个标准的金属尺告诉你这是1米，全世界就以它为标准。但是物理学家、化学家发现，随着环境条件的变化，金属尺一定会氧化的，这个尺子会在很小的精度上发生变化。现在研究出来了，最不变的是最小的原子核内部有一些原子的电子波段是永远不变的。当电子从高能级跳到低能级，下来以后能量出来了，这个能量以光的形式发出，这个光发出的频率是永远不变的。所以现在尺的长度，用某一个原子发出来的频率多少倍来定义，不用实物了，全部用量子的方法来定义。

量子计算出来以后，首先有了一个摩尔定律。摩尔定律原来的说法是，每隔18个月半导体晶体管数目会增加1倍，价格会降低1倍。随着半导体晶体管的尺寸接近纳米级，电子的运动不再遵守经典物理学规律，半导体晶体管将不再可靠。一般认为摩尔定律还能适用10年左右。

摩尔定律的光刻机越做越窄，密度越来越高，耗能受不了。如果在网上我们做一次搜索，所消耗的能量相当于11瓦的节能灯亮15分钟到1小时。所以他们的工程师计划将数据中心造到海水中去，用海水散热。

再看量子计算机，人类用十进制来计算，效率比较高。二进制0和1实际上是最笨的计算方法，所以机器能够理解。而量子可以是0状态，也可以是1状态，同时可以存在不同的状态，所以用量子的方法来计算，效率会高很多。因此理论上，只要有300个量子比特，其承载的数据就能是2的300次方，这将超过整个宇宙的原子数量总和。而300个传统比特能够承载的数据只有2的300倍。量子的计算能力不可想象，几百个量子组成系统的计算能力，是现在全世界所有计算机计算能力的总和。

当然越好的东西越是难做，什么时候能够实现我不知道。曾经有科学家也开玩笑说，可能几年就做出来了，也可能几百年。但是确实全世界在量子计算领域都在发展，我们中国基本上和美国是并驾齐驱的。前一段时间构建出九章计算机，验证了一种特殊的情况下，所谓的“量子称霸”，或者是“量子霸权”，我们也叫“量子优越性”。实现了某种情况下以量子的方法计算，比传统的计算方法要快好多倍。

企业家们肯定最关注量子产业，我做一些简单的评论。

第一，量子通信是对目前传统通信技术一种重要的补充，不是全面替代。但是就是这么一个补充，市场的容量也是比较大的。所以欢迎企业家能够投资我们量子通信产业。

第二，量子产业的门槛是比较高的，新技术的含量极高，所以现在看到很多的是自上而下的，政府比较愿意推动这个事。

第三，量子信息产业还是以IT技术为基础，同时结合了大量的光电子技术。IT技术和光电子技术的融合形成了量子芯片，这已经有很好的产业基础了，大家可以去做一个调查。

量子信息的核心技术原则上还没有突破，技术上已经很成熟了，学术争论至今没有结束，世界上有一派还在说纠缠是胡说八道，是唯心主义的。有一个朋友还特地打电话给我说，不要做这个东西，这个东西是假的，伪科学。

总体上看，技术创新市场上有一大片风险。但是商业就在风险中，风险虽大，一旦成功了收益也很大，这是辩证法。在网上查到的很多量子的产品，绝大部分是夸大的，或者是概念的偷换。

中国式的科技创新，原来是追求“相同”，就是人家做了什么我也做什么，现在要追求“不同”，我不能跟着人家屁股后面走。要从“跟踪”向“引领”跨越，我们在量子科技上应该要引领国际潮流。我们也希望国家从“科学的春天”1978年能够走向“创新的春天”。

最后，引用总书记在报告里面讲的话作为结束语，中华民族一次又一次从困境中奋起，有一种特殊的基因，这种基因就是伟大的中国式创新。“天眼”探空、神舟飞天、墨子“传信”、高铁奔驰、北斗组网、超算“发威”……这些我们长期想干却没有干的大事，让中国“赶上世界”的梦想实现了历史性跨越。

（本文根据王建宇院士演讲录音整理，未经演讲者本人审订）

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