欧宝体育

業務資訊
欧宝体育  > 新聞中心 > 業務(wu)資訊

量子科技幫我們理解人類智慧

發布日期: 2020-11-06 信息來源:欧宝体育

    量(liang)(liang)子(zi)科技普通人看不懂,聽起來很玄。市場上(shang)還出現了(le)“量(liang)(liang)子(zi)鞋(xie)墊”“量(liang)(liang)子(zi)水杯”“量(liang)(liang)子(zi)面膜”等(deng),有的培訓機構推(tui)出“量(liang)(liang)子(zi)波動(dong)速讀(du)法”,這些東西靠譜嗎?甚至有的人宣(xuan)稱量(liang)(liang)子(zi)科技能治療糖尿病(bing)、癌(ai)癥等(deng)疑(yi)難雜癥,這些說法科學嗎?記者日前采(cai)訪了(le)量(liang)(liang)子(zi)科技方面的著名專家,中國(guo)科技大(da)學教(jiao)授(shou)、中國(guo)科學院院士潘(pan)建(jian)偉。

  量(liang)子科技的基礎是量(liang)子力學,不治糖尿(niao)病、癌(ai)癥等疑難雜癥

  記者: 量子科技(ji)的(de)基礎是(shi)量子力(li)學(xue),您能否介紹一(yi)下量子力(li)學(xue)是(shi)什(shen)么(me)?量子革命(ming)是(shi)怎么(me)回事?

  潘(pan)建(jian)偉(wei): 量(liang)(liang)子力學(xue)誕(dan)生(sheng)于(yu)20世紀初。從1900年普朗(lang)克提(ti)出量(liang)(liang)子論(lun)(lun)的(de)百余年來,眾多物(wu)理學(xue)家(jia)通過(guo)對量(liang)(liang)子規律(lv)的(de)觀(guan)(guan)測,已(yi)經成功構建(jian)起量(liang)(liang)子力學(xue)的(de)理論(lun)(lun)大廈。通過(guo)量(liang)(liang)子力學(xue),人們深(shen)入認(ren)識了(le)(le)微觀(guan)(guan)世界(jie)的(de)規律(lv),在此基礎上產生(sheng)了(le)(le)半導體、激(ji)光、核能等改變世界(jie)的(de)重大發明,催(cui)生(sheng)了(le)(le)現(xian)代(dai)信息技術,這是(shi)人類的(de)第一(yi)次量(liang)(liang)子革(ge)命。

  與經典力(li)學(xue)相(xiang)比,量子(zi)(zi)力(li)學(xue)所(suo)描述的(de)微觀(guan)粒子(zi)(zi)具有量子(zi)(zi)疊加的(de)特性。如果把量子(zi)(zi)疊加擴(kuo)展到(dao)多個粒子(zi)(zi),就會產生(sheng)“量子(zi)(zi)糾(jiu)纏(chan)”現象。愛(ai)因(yin)斯(si)坦就把量子(zi)(zi)糾(jiu)纏(chan)稱為“遙遠地點之間的(de)詭(gui)異互動(dong)”。科學(xue)家在(zai)對(dui)量子(zi)(zi)糾(jiu)纏(chan)這一詭(gui)異互動(dong)展開(kai)大(da)量實驗研究的(de)過程中,發展起來了(le)精(jing)細的(de)量子(zi)(zi)調控(kong)技術,人類(lei)從(cong)對(dui)量子(zi)(zi)規律的(de)被動(dong)觀(guan)測,發展到(dao)能夠對(dui)量子(zi)(zi)狀態(tai)進(jin)行(xing)主動(dong)操縱,這就類(lei)似于人類(lei)對(dui)生(sheng)物學(xue)的(de)認識,從(cong)孟德爾遺傳定律到(dao)DNA結構的(de)偉(wei)大(da)跨(kua)越(yue)。

  結合量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子調控(kong)和信(xin)息(xi)(xi)技術(shu)(shu),產生了(le)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子信(xin)息(xi)(xi)這一(yi)新興學科(ke)(ke)。量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子信(xin)息(xi)(xi)包括量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子通(tong)信(xin)、量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子計(ji)算和量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子精密測量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)三(san)方面(mian)的(de)(de)應用(yong),可(ke)以(yi)在確保(bao)信(xin)息(xi)(xi)安全(quan)、提高運算速(su)度、提升測量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)精度等方面(mian)突破經典技術(shu)(shu)的(de)(de)瓶(ping)頸。以(yi)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子信(xin)息(xi)(xi)為代表(biao)的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子科(ke)(ke)技迅速(su)發展,人類迎(ying)來了(le)第二次量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子革(ge)命。經過(guo)學術(shu)(shu)界多年努力(li),目前量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子保(bao)密通(tong)信(xin)和量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子雷(lei)達進入了(le)實用(yong)化(hua)(hua)階(jie)段(duan),也有了(le)相關(guan)產品,其他的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子技術(shu)(shu)離產業化(hua)(hua)和商業化(hua)(hua)還需要(yao)一(yi)定的(de)(de)時間。至于市場上出現(xian)的(de)(de)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子鞋墊、量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子水杯、量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子波動閱(yue)讀法等,都(dou)跟(gen)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子科(ke)(ke)技毫無(wu)關(guan)系,量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)子科(ke)(ke)技目前也沒有在糖尿(niao)病(bing)、癌癥等疑難雜癥的(de)(de)治(zhi)療方面(mian)有所應用(yong)。

  量(liang)子(zi)通信的兩種典型應用: 量(liang)子(zi)密鑰分(fen)發(fa)和量(liang)子(zi)隱形(xing)傳態


  記者: 您提到量子通信已進入實用化階段,能否詳細介紹一下?

  潘建(jian)偉: 國(guo)際(ji)學術界將量子(zi)密鑰分發和量子(zi)隱形(xing)傳(chuan)態(tai)統稱為量子(zi)通信(xin)。量子(zi)通信(xin)其(qi)實包括(kuo)兩種最典(dian)型的應用方式(shi),一種是量子(zi)密鑰分發,另一種是量子(zi)隱形(xing)傳(chuan)態(tai)。

  量(liang)(liang)子(zi)密鑰(yao)(yao)分發是(shi)利用單(dan)光子(zi)的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子(zi)態來加載信息,通(tong)過一(yi)定的(de)(de)(de)(de)協(xie)議來產生密鑰(yao)(yao),量(liang)(liang)子(zi)力(li)學的(de)(de)(de)(de)基本原(yuan)理(li)保證了密鑰(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)安全(quan)。量(liang)(liang)子(zi)保密的(de)(de)(de)(de)安全(quan)性是(shi)基于量(liang)(liang)子(zi)力(li)學基本原(yuan)理(li),和傳統的(de)(de)(de)(de)加密算法不一(yi)樣,它(ta)的(de)(de)(de)(de)安全(quan)性與計算復雜度無(wu)關,只要量(liang)(liang)子(zi)力(li)學是(shi)正確的(de)(de)(de)(de),量(liang)(liang)子(zi)保密通(tong)信原(yuan)理(li)上就是(shi)無(wu)條件安全(quan)的(de)(de)(de)(de)。

  量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)隱形傳(chuan)態(tai)(tai)是利用量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)糾(jiu)纏,把量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)態(tai)(tai)從一(yi)(yi)個(ge)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)傳(chuan)送到另(ling)外一(yi)(yi)個(ge)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi),而(er)不用傳(chuan)送信息(xi)載體(ti)本身(shen)。做一(yi)(yi)個(ge)形象的(de)比(bi)喻,上(shang)海(hai)(hai)有(you)一(yi)(yi)個(ge)微觀客體(ti),可(ke)以(yi)由(you)幾千、幾萬個(ge)原子(zi)(zi)(zi)(zi)組成。如果(guo)(guo)上(shang)海(hai)(hai)和北(bei)京(jing)之間有(you)很多(duo)的(de)原子(zi)(zi)(zi)(zi)糾(jiu)纏起來(lai)了,要(yao)把上(shang)海(hai)(hai)體(ti)系的(de)狀態(tai)(tai)傳(chuan)到北(bei)京(jing),可(ke)以(yi)對(dui)上(shang)海(hai)(hai)的(de)客體(ti)和糾(jiu)纏原子(zi)(zi)(zi)(zi)進(jin)行(xing)一(yi)(yi)種(zhong)共同(tong)的(de)測(ce)量(liang)(liang);測(ce)量(liang)(liang)完以(yi)后(hou),可(ke)以(yi)把測(ce)量(liang)(liang)結果(guo)(guo)通(tong)過(guo)無線電臺(tai)發送到北(bei)京(jing),北(bei)京(jing)只(zhi)要(yao)根據(ju)這些結果(guo)(guo)對(dui)手中粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)進(jin)行(xing)相應的(de)操作(zuo),就可(ke)以(yi)在北(bei)京(jing)把上(shang)海(hai)(hai)的(de)體(ti)系重(zhong)新給(gei)制備出來(lai)。對(dui)于量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)信息(xi)研究而(er)言,量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)隱形傳(chuan)態(tai)(tai)可(ke)以(yi)連接量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)信息(xi)處理單元來(lai)構(gou)建量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)網(wang)絡,同(tong)時也是實(shi)現(xian)遠距離量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)密(mi)鑰分發的(de)重(zhong)要(yao)環節。

  量子(zi)計(ji)算(suan)機具有(you)超強計(ji)算(suan)能(neng)力,人類大腦(nao)的運行機制可(ke)能(neng)和量子(zi)計(ji)算(suan)機有(you)相通之處


  記者: 最近量子計算機也是一個熱門話題,請您介紹一下量子計算的原理和發展趨勢。

  潘建偉(wei): 經典(dian)計算(suan)(suan)(suan)機的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)比特(te)只能(neng)處于(yu)(yu)0或者(zhe)(zhe)1兩種(zhong)狀(zhuang)態(tai)(tai)之一(yi),兩個(ge)(ge)比特(te)就(jiu)只能(neng)處于(yu)(yu)00,01,10,11四種(zhong)狀(zhuang)態(tai)(tai)里的(de)(de)(de)某一(yi)個(ge)(ge)。而(er)對于(yu)(yu)量(liang)子(zi)(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)機,一(yi)個(ge)(ge)量(liang)子(zi)(zi)(zi)比特(te)不(bu)僅可以(yi)(yi)處于(yu)(yu)0或者(zhe)(zhe)1,還(huan)可以(yi)(yi)同時(shi)處于(yu)(yu)0和(he)1兩種(zhong)狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)疊(die)(die)加(jia),兩個(ge)(ge)量(liang)子(zi)(zi)(zi)比特(te)就(jiu)可以(yi)(yi)同時(shi)處于(yu)(yu)四種(zhong)狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)(de)(de)疊(die)(die)加(jia),這就(jiu)意味著量(liang)子(zi)(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)機原理上(shang)可以(yi)(yi)對四個(ge)(ge)數(shu)據(ju)(ju)同時(shi)進行計算(suan)(suan)(suan),因此量(liang)子(zi)(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)計算(suan)(suan)(suan)能(neng)力隨著量(liang)子(zi)(zi)(zi)比特(te)數(shu)目呈指數(shu)增長,可以(yi)(yi)為人工智(zhi)能(neng)、密碼分析、氣象(xiang)預報(bao)、藥物設計等所需的(de)(de)(de)大規模計算(suan)(suan)(suan)難題提(ti)供解(jie)(jie)決方案。比如(ru)說,有的(de)(de)(de)量(liang)子(zi)(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)機可以(yi)(yi)快速分解(jie)(jie)大數(shu),而(er)分解(jie)(jie)大數(shu)的(de)(de)(de)計算(suan)(suan)(suan)復雜度是目前(qian)廣(guang)泛使用的(de)(de)(de)公(gong)鑰加(jia)密算(suan)(suan)(suan)法(fa)安全(quan)(quan)性的(de)(de)(de)基礎,如(ru)果量(liang)子(zi)(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)機研制出來(lai),傳統信息安全(quan)(quan)體系將受到很(hen)大威脅(xie);量(liang)子(zi)(zi)(zi)計算(suan)(suan)(suan)機還(huan)可以(yi)(yi)快速求解(jie)(jie)線性方程(cheng)組,在人工智(zhi)能(neng)、大數(shu)據(ju)(ju)等領(ling)域將會有非常廣(guang)泛的(de)(de)(de)用途。

  量(liang)子計算的(de)發展有三個階(jie)段: 第一(yi)階(jie)段,針(zhen)對某(mou)一(yi)些特殊問題(ti),要造出一(yi)臺機器來,可以比目(mu)前最(zui)快的(de)超(chao)級計算機要算得快,這(zhe)被學術(shu)界稱為“量(liang)子優越性”。達到這(zhe)一(yi)目(mu)標需要能夠相干操縱(zong)大概(gai)50個量(liang)子比特。

  第二階段,我(wo)(wo)們希望能夠(gou)操(cao)縱數(shu)百個(ge)量子比特,可(ke)以實(shi)(shi)(shi)現(xian)專(zhuan)用(yong)的(de)量子模擬(ni)機,對有些(xie)復雜物理體(ti)系的(de)機制,比如(ru)高溫(wen)超導等,目前的(de)超級計算(suan)機算(suan)不了(le)的(de)問題,我(wo)(wo)們能夠(gou)來(lai)算(suan),來(lai)解決實(shi)(shi)(shi)實(shi)(shi)(shi)在(zai)在(zai)的(de)問題。

  第三階段,實(shi)現(xian)(xian)(xian)可(ke)編程的(de)通用(yong)量子(zi)計算(suan)機,就(jiu)像我(wo)們現(xian)(xian)(xian)在用(yong)的(de)計算(suan)機一樣可(ke)以(yi)計算(suan)很多(duo)問題。達(da)到這一目標的(de)關鍵是(shi)量子(zi)糾錯(cuo)。目前到底在哪個物(wu)理系統(tong)實(shi)現(xian)(xian)(xian)還沒(mei)有定論,所以(yi)需(xu)要各種體系,光、超導、超冷(leng)原子(zi)、離子(zi)、固態(tai)、拓撲態(tai)等(deng)等(deng),來開展相(xiang)關工作(zuo)。實(shi)現(xian)(xian)(xian)可(ke)編程的(de)通用(yong)量子(zi)計算(suan)機還需(xu)要20年甚至更長的(de)時間。

  我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)在量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)計算(suan)(suan)的(de)研(yan)究主(zhu)要(yao)集中(zhong)在三(san)個(ge)(ge)(ge)方向: 第一,光(guang)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)計算(suan)(suan),我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)已(yi)經(jing)(jing)做到了相(xiang)當于(yu)48個(ge)(ge)(ge)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)(bi)特(te)的(de)結果,今年(nian)(nian)有(you)望(wang)(wang)實(shi)現(xian)50或者(zhe)60個(ge)(ge)(ge)光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)相(xiang)干操縱(zong),也能(neng)夠達(da)到量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)優(you)越性。我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)的(de)技術途徑跟谷歌不一樣(yang),谷歌是用(yong)隨機線路采樣(yang),我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)是用(yong)玻色取樣(yang)。玻色取樣(yang)的(de)優(you)越性有(you)嚴格證(zheng)明,我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)的(de)系統按照(zhao)目(mu)前最優(you)的(de)算(suan)(suan)法估計,可以比(bi)(bi)(bi)頂點計算(suan)(suan)機快百(bai)萬(wan)億倍左右。第二,在超(chao)導(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)計算(suan)(suan)方面,最近我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)已(yi)經(jing)(jing)達(da)到了24個(ge)(ge)(ge)超(chao)導(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)(bi)特(te),希望(wang)(wang)在今年(nian)(nian)年(nian)(nian)底,我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)能(neng)夠做到60個(ge)(ge)(ge)左右量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)比(bi)(bi)(bi)特(te)的(de)相(xiang)干操縱(zong),也能(neng)夠達(da)到量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)優(you)越性。第三(san),我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)還是希望(wang)(wang)能(neng)夠像(xiang)費曼所說的(de),來真正解決一些物理、化學、材(cai)料(liao)等領域很重(zhong)要(yao)的(de)、經(jing)(jing)典(dian)計算(suan)(suan)機解決不了的(de)問題(ti),大概需要(yao)操縱(zong)幾(ji)百(bai)個(ge)(ge)(ge)粒子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)系統,目(mu)前我(wo)(wo)(wo)們(men)(men)在超(chao)冷(leng)原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)模(mo)擬(ni)方面已(yi)經(jing)(jing)有(you)比(bi)(bi)(bi)較好的(de)進展了。

  長(chang)遠來(lai)看,量(liang)子計(ji)(ji)算(suan)可能(neng)在人(ren)(ren)工智能(neng)方(fang)面有很重要的(de)(de)(de)應用。這(zhe)(zhe)是(shi)由于,經(jing)典計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)(ji)終究是(shi)決(jue)定論的(de)(de)(de),經(jing)典的(de)(de)(de)人(ren)(ren)工智能(neng)不(bu)管發(fa)展到什么(me)程度,我們(men)仍然覺得這(zhe)(zhe)是(shi)一(yi)部機(ji)(ji)(ji)器(qi),是(shi)一(yi)個(ge)機(ji)(ji)(ji)器(qi)人(ren)(ren),它不(bu)可能(neng)完全像(xiang)人(ren)(ren)類大(da)腦一(yi)樣去思考。而量(liang)子力學第一(yi)次把觀測者的(de)(de)(de)意(yi)識(shi)與物質的(de)(de)(de)演化結合(he)起來(lai),有的(de)(de)(de)科(ke)學家因此猜(cai)測,人(ren)(ren)類大(da)腦的(de)(de)(de)運(yun)行機(ji)(ji)(ji)制(zhi)可能(neng)和量(liang)子計(ji)(ji)算(suan)機(ji)(ji)(ji)有一(yi)些相通之處。隨著量(liang)子計(ji)(ji)算(suan)的(de)(de)(de)發(fa)展,也許可以(yi)幫助(zhu)我們(men)更好地理解人(ren)(ren)類的(de)(de)(de)智慧。

媒體垂詢

E-mail:ZNJ@mucagel.com

欧宝体育