關於量子力學，現在最流行、最熱門的兩個話題，一個是量子通信，另一個是量子計算。在這方面，中國做得還不錯。
什麼是量子通信？說得簡單一點，就是傳輸的信號不是固定的字節。大家知道，最簡單的信號是將文字翻譯成一串由0和1組成的符號，這串符號是固定的。而量子通信是發出一串量子態。
量子通信和量子傳輸有很大關聯。在很多科幻電影中，我們會看到量子傳輸。比如，在早於《三體》的《星際迷航》裡，柯克船長和他的手下走進一個房間，突然一束光打下來，他們在這個房間裡就消失不見了，而後出現在了另外一個地方。這個過程就是典型的量子傳輸。通過量子傳輸機，柯克船長和他的手下瞬間被傳輸到了別的地方。
再比如科幻電影《阿凡達》。在《阿凡達》裡，傳輸的就不是一個人的身體了，而是人的靈魂。利用一個棺材似的量子傳輸機，男主角的靈魂被傳輸到了阿凡達的身體裡，從而讓他得以脫離自己雙腿癱瘓的肉體，在潘多拉星球上自由奔跑。後來潘多拉星球的原住民也利用他們自己的辦法，幫助男主角把靈魂永遠地留在了阿凡達的體內。他們用的就是潘多拉星球的靈魂樹。
用比喻來解釋如何傳輸量子態，還是用量子鞋來比喻。
在講這個比喻之前，我們先談一下經典拷貝或者經典克隆。在經典物理學中，東西都是可以被克隆的，比如一張報紙，無論是黑白的還是彩色的，都可以被複印出來；一副挺好看的眼鏡，在工廠里也是可以被「山寨」的，這些都是經典克隆。但量子不可克隆。在微觀世界裡，任何一個基本粒子的位置和速度完全不確定。如果一個客體是不確定的，物理上它不能被克隆，那麼技術上就不可行。
要想把光子偏振克隆到另外一個光子上是做不到的。比如，在經典物理世界中，左腳的鞋永遠是左腳的，右腳的鞋永遠是右腳的，而量子鞋可能是左腳的也可能是右腳的，也可能來回變化，因此它就沒有辦法被克隆，這也是量子克隆難以竊聽的最根本的原因。
把一個粒子比喻成鞋，想把一隻量子鞋送到月球上去，但量子不可克隆，怎麼送？我們沒有辦法通過量子態傳輸不可克隆的東西。但用了20多年的隱形態傳輸想出了一個非常絕妙的辦法：要想把一隻量子鞋送到月球上去，先找一雙量子鞋——一定是一隻左腳的、一隻右腳的，然後把其中一隻量子鞋先送到月球上，一隻鞋留在手裡，雖然不知道哪只是左腳的、哪只是右腳的，但是量子糾纏告訴我們，它們一定是一隻左腳的、一隻右腳的。而對於那隻本來想送上月球的量子鞋，我先不送，我把這隻量子鞋與手裡留下的那隻量子鞋進行比較，如果手裡的鞋全是右腳的，那麼月球上的那隻鞋就是左腳的；如果那隻量子鞋是左腳的，而手裡留下的那隻量子鞋是右腳的，那麼月球上的那隻量子鞋就與我想送上去的量子鞋一樣是左腳的了。說起來很簡單，道理卻很深奧。
上面說的是將一隻量子鞋傳遞出去的過程，將一串量子鞋傳遞出去也是一樣的道理。
總結一下，如果想傳輸的系統是量子態的，比如將量子態的我傳輸到另一個地方，必須在這個地方先把我破壞掉，把破壞掉的信息通過剛才說的三隻鞋的故事分發到另外一個地方去，另外一個地方可以把我的態或者我的人完全恢復。這告訴我們兩件事，一是量子態的我不可能被拷貝成兩個李淼；二是如果想把我傳輸到外地去，必須把本地的李淼毀滅掉，再在另一個地方恢復。如果可以實現的話，這是非常了不起的。
那麼，是誰發明了量子通信或者量子傳輸的原理呢？其實量子傳輸已經在真實世界裡實現了。1993年，有6個物理學家想出了一個用量子糾纏來實現量子傳輸的辦法。這個辦法我們前面已經用比喻的方式講了。利用這個辦法，1997年，一群奧地利物理學家首次實現了量子傳輸。不過他們傳輸的東西非常簡單，只有一個光子；而且傳輸的距離也很短，只是一個普通實驗室的距離。近年來，量子傳輸的距離已不斷增加，例如你把光子放進一個位於武漢的量子傳輸機里，它就可以跨越時空，一下子出現在340千米之外的長沙。這是地面的紀錄，真正的紀錄是中國的量子通信衛星創造出來的。
原則上量子通信可以實現了，那麼量子傳輸可以實現嗎？可以將一個很大的宏觀物體的量子態傳遞出去嗎？
當然，現在還遠遠不能。目前人類能一次傳輸的光子數目最多只有12.8萬個。這距傳輸一個人的目標有多遠呢？下面我來簡單地估算一下人體內大概包含多少個原子。
我們知道，人體的主要成分是水：小孩身體裡大概七成是水，而大人身體裡大概六成是水。為了簡單起見，我們假設人體內百分之百都是水。這樣算出來的結果，在量級上肯定是正確的。水是由水分子組成的，一個水分子包括兩個氫原子和一個氧原子，也就是三個原子。通過這樣的估算，我們可以得知，一個70千克的普通人體內大概有7000億億億個原子。這個數字是什麼概念？我來簡單地說明一下。我們都知道銀河系，銀河系非常大，就連速度最快的光，從它的一頭跑到另一頭都要花上10萬年。如果我們找7000億億億個1米高的人，讓他們頭對腳地躺成一排，他們連起來可以繞銀河系200多萬圈！
目前人類能一次傳輸的光子數目最多只有12.8萬個。但一個普通人體內卻有7000億億億個原子。所以對目前的科技而言，不要說瞬間傳送一個人，就算瞬間傳送一個盒子都是天方夜譚。
接下來，談談大家都容易誤會的一件事。很多人認為，無論是量子通信還是量子傳輸，都可以超光速，是可以瞬間實現的。這當然不可能。這裡我還要重複一下量子通信原理的比喻過程：要把一隻量子鞋送出去，得先準備一對量子鞋，並將其中一隻送出去，而真正想要送出的那隻量子鞋其實一直保留在手裡。把這隻量子鞋與手裡留下的其中一隻做比較，得到結果後將這個結果告知對方。這個告知過程需要用普通通信方式來完成，而普通通信方式不可能超光速。
前面我說過，中國在量子通信方面做得還不錯，這是因為，中國擁有世界上唯一一顆用於實驗的量子通信衛星。
2016年8月16日凌晨，被命名為「墨子號」的中國首顆量子科學實驗衛星開啟星際之旅。它承載著率先探索星地量子通信可能性的使命，並將首次在空間尺度上驗證量子理論的真實性。這顆衛星的運行軌道離地面約為500千米。
量子通信的實用化和產業化已經成為各個大國爭相追逐的目標。在量子通信的國際賽跑中，中國屬於後來者。經過多年努力，中國已經躋身於國際一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技術方面也走在了世界前列，建設完成了合肥、濟南等規模化量子通信城域網，「京滬幹線」大尺度光纖量子通信骨幹網也已建設完成。
「墨子號」的成功在於這個計劃是一個國家行為，國家行為的優勢非常有利於做像「墨子號」這樣先鋒式的探索和實驗。中國第一顆探測暗物質的衛星「悟空號」，也得益於這種機制。華裔科學家丁肇中先生在美國主導探測暗物質的AMS02實驗，但在如今的美國確實很難發射這樣一顆衛星。一直以來，川普削減衛生、健康、科學和技術領域的經費，造成了美國科學如今相對困難的局面。
在美國，通常是科學家提出計劃，然後層層上遞到國會和總統，或許還會遭遇政見不合的拉鋸戰，歐洲則需要整個歐盟來集體決策，導致執行力大大下降。就我的研究領域，2015年，通過地面試驗，美國人探測到了引力波，而他們想到太空去做實驗的申請已經申報了20年，在歐盟也是幾年前才剛剛通過此計劃。對比來看，中國在決策方面有一定的優越性。量子通信和量子傳輸是可以實現的，小規模的量子通信和量子傳輸已經實現了，但不可能是瞬時的。我們距離真正的量子傳輸還很遙遠。