中国科学技术大学的潘建伟教授团队通过调控6个光子的偏振、路径和轨道角动量3个自由度，在国际上首次实现了18个光量子比特的纠缠，刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。该成果以“编辑推荐”的形式近日发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上。量子纠缠是什么意思，为什么这项成就意味着世界领先，今天的地球周报，为您掀开量子世界的一角。

今天我们节目的全部时间只用来阐述一件事儿，那就是，为什么潘教授团队实现的18个量子比特纠缠是一项世界瞩目的成就。

潘教授被称为中国最接近诺贝尔物理学奖的人。他研究的是量子物理。

中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟

量子可以是我们喝下去的水分子，可以是触摸到的铁原子，也可以是灯泡发射出来的光子，总而言之，量子，是构成物质世界的最基本的单元，属它最小，没有比它更小的物质了。而且，这个迷你王国运行的套路跟我们正常生活几乎是完全不同的。这个我们稍后再说。

几十年来，我们的计算机飞速发展。按照摩尔定律的解读就是，每隔两年，一个固定大小的芯片的运算性能就翻一番。而这种迅猛发展的势头是依赖于材料的革新的：也就是目前我们能不断地制作出更小的晶体管和电阻、更小的芯片。这也是为什么有人会说“现在一部iPhone手机的计算能力跟当年阿波罗登月时NASA的计算能力是一样的”。

可是当人类畅想未来，不难想到，总会有那么一天，电子设备里的晶体管和电阻会变得小到不能再小，小到极致，小到量子级别。

然后问题就来了，像我刚刚说的，量子这个迷你王国的规则套路跟我们不一样。我们现在计算机运行的规律，当器件小到量子级别的时候，就失灵了、不管用了。随之而来的问题就是，计算机的运算能力就此达到极限，再也无法提升。想到有一天再也用不到速度更快的手机，是不是很心塞？科学家们也很心塞。

量子纠缠态

于是科学家们开始研究那个量子世界到底是遵循什么样的套路。目前他们摸透了一些。下面我介绍的这两个特征听起来一定很匪夷所思，但它们却已经被实验证明是存在的。

第一个就是，量子可以处于任何地方，任何状态。听不懂没关系，我们可以简单理解为量子具备孙悟空一样的分身术。在牛顿力学的世界中生活的我们此生是见不到分身术奇观了，但在微观世界中这个规律是成立的。

因此，在计算机领域内，传统的比特要么是1，要么是0，而量子比特则能做到两个分身：它既是1又是0。信息承载量，完胜。

第二个特征就是，当两个量子产生纠缠时，它们就像有了心灵感应，不管距离多远，一个开心另一个也会笑，一个哭了另一个一定也难过。

操控一个，改变另一个，量子比特纠缠的这种“互动”现象是实现量子计算机快速传输和计算的基础。

两个特征总结起来就是，一个大信息量，一个能快速运算。难道量子计算机马上就要大功告成了？可惜，微观世界也没有这等好事。

因为量子纠缠的实现非常困难。

用于创建和验证18量子比特的方案和实验装置

量子计算的速度会随着我们能够操纵的纠缠比特的增加而指数级提升，简单说，就是比特纠缠的数目越大，量子计算的能力就越强。然而，随着量子比特数量的增加，操纵时所带来的噪声、串扰和错误也随之增加，纠缠就变得非常不稳定。在这些干扰之下，还要实现对独立量子比特之间相互作用的精确调控，可谓难上加难。因此实现多个量子比特的纠缠是一项国际角逐的焦点技术。

每加上一个量子比特都意味着工作量和工作难度的指数级增加，在这个背景下，潘教授的团队已经率先实现了10个量子比特的纠缠和18个量子比特的纠缠，领先国际。

实现18个量子比特纠缠是什么概念呢？当量子计算机发展到50个量子位的时候，它的计算能力就能超过世界上任何一台传统计算机，实现“量子称霸”。当量子计算机发展到80个量子位的时候，它的计算能力就会超过现在全世界所有的计算设备之和。而目前IBM、英特尔等宣布造出的50位量子计算机和72位量子计算机，因为并没有实现量子纠缠，因此还算不上拥有了量子计算机的核心技术。

显然，遥望前路，50个、80个量子比特能让我们心潮澎湃激动不已。而回望来路，5个量子比特、6个量子比特、一直到如今18个量子比特，则让我们看到更加真实的步履维艰、雄关漫道。其中孕育的，正是现在看起来还有点魔幻的下一代技术革命。