20世纪初，26岁的爱因斯坦首次提出光量子概念，随后100多年里，人们对光的研究孜孜不倦。中国工程院院士、上海市科协主席陈赛娟表示，在产业方面，以微电子为基础的信息技术必将达到物理极限，这对信息科技的深入发展带来了挑战，而以量子特性为基础的信息研究领域，将成为日后国家激烈竞争的焦点。
关于光子，全球最前沿领域是什么？
还有哪些未解之谜？
如何影响我们的生活？
前天，在世界顶尖科学家论坛（上海•滴水湖）光子科学与产业论坛上，全球众多诺贝尔奖获得者和中国两院院士齐聚一堂，在这场全球“最强大脑”汇聚的论坛上，一场关于光子科学和产业的思想火花激烈碰撞。
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基础研究：未解之谜的唯一解决途径
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“科学家本职是通过科学的观察和实验，提出很多全新的问题，并通过我们的构建和发展的理论去探寻新的问题和答案。”2004年诺贝尔物理学奖得主戴维·格罗斯在论坛上表示。那么光子科学的前沿和最新问题是什么？宏观层面，他觉得，由于引力波的发现，进一步推动了人类对黑洞及宇宙起源的探索。“在接下来的10年，天体物理学家们将会进一步观察数以千计的碰撞的黑洞和恒星，以及来自宇宙早期形成的引力波。”
2011年诺贝尔物理学奖得主亚当·里斯认为，暗物质是目前物理学界的一大未解之谜。暗物质是科学家们对未知物质的一种统称。在新的标准宇宙模型中，整个宇宙5%由人类熟悉的粒子构成，这些粒子在元素周期表中可以找到。另外25%以暗物质的形式存在的，占到整个宇宙70%的是暗能量。“很多人说为什么要研究暗物质和暗能量，事实上，人类目前只能通过引力产生的效应感受它的存在，至于它的性质究竟是什么，我们无从得知。”亚当·里斯说，对于这些占据整个宇宙大部分的物质和能量，如果不了解，你很难说去探索宇宙的本质和起源。
在微观层面，量子力学是微观物理学的整个一套基本框架、基本逻辑、基本语言。相对经典物理，量子力学这个基本框架是全新的，也是对经典物理逻辑的延伸甚至是颠覆。
“我们整个时空中，由于量子纠缠，导致时空的整个几何结构变化。”然而，在霍金的“黑洞悖论”中，量子物理学的理论再次遭受质疑。“黑洞悖论”认为，黑洞一旦形成，就开始向外辐射能量，最终黑洞将因为质量丧失殆尽而消失，而那些黑洞内部的信息也就不知去向。量子物理学认为，类似黑洞这样质量巨大物体的信息是不可能完全丧失的。戴维·格罗斯说，黑洞巨大的万有引力场在某种程度上破坏了量子物理学的理论。
“有一些人可能会望而却步，但是我们看到现在虽然遇到了很多的挑战，但是我们还是不遗余力地推进。”戴维·格罗斯兴奋地说，“对于我们的时空来说，可能一个全新的理论已经开始新兴。我觉得现在最佳的研究时间已经来了。”
“基础科学和发现，是所有学科进步的源泉。”2006年诺贝尔化学奖得主、世界顶尖科学家协会主席罗杰·科恩伯格在致辞中表示，我们相信，对于未来的这些难题来说，基础研究可能是唯一的解决途径。
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量子物理应用：有巨大空间和潜力
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1959年，物理学家理查德·费曼在一次演讲中提到“信息缩倍”的概念，幻想可以把大英百科全书24卷内容放到一根针尖上，加州理工大学图书馆所有内容放到一个小卡片里。要知道，当时的电脑计算力还不如我们现在口袋里的手机，当时的真空管和电脑体积还非常巨大。
如今，利用二进制进行信息集成已是小菜一碟。不仅如此，2004年诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔泽克说，当研究领域从宏观物理拓展到量子力学时，科学家们发现空间的“密度”比我们想象的大得多，信息含量也超乎想象，远远不止常识中的3个维度。维尔泽克强调说：“量子物理有很大的研究空间，同时也具有巨大的应用和转化潜力，等待未来科学家去挖掘。”
曾经被认为基础不完备甚至荒谬的量子力学，如今已经在多个领域尝试甚至已经应用。
根据量子态的叠加原理、纠缠特性，科学家发明了量子密码通信。“经典加密方法基于的是计算复杂性，随着计算能力不断提升，再复杂的经典加密方法都是可以破解的。”量子科学实验卫星首席科学家、中国科学技术大学副校长潘建伟院士说，量子通信被证明具有绝对的安全保密性，基于此而形成量子信息产业，把量子通信推向社会应用领域。
2013年，美国国家航空航天局将视频信息调制到光子上，从月球向地球成功传输了一段视频，展现了光子通信在月地通信、深空探测等领域具有很大的应用前景。潘建伟透露，他们也正在计划启动在地球和月球之间建立起一个超长的纠缠分布的新项目。我国还将发射轨道更高的量子通信卫星，力争实现1万公里级量子通信，通信范围覆盖全中国，让星地间量子通信进入应用阶段。
此外，由于量子态的神奇特性，量子计算机的研发也在全球范围内展开。“在量子计算机中，计算力会随着想象力的空间被无限放大。”2012年诺贝尔物理学奖得主塞尔日·阿罗什形象地解释说，“量子物理学应用就是驯化薛定谔猫的过程。量子物理学如果能够通过驯服或者缓和薛定谔猫的状态，破坏量子的相关性，计算能力会得到大幅度提升，但这对我们来说是一大挑战。”
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