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量子革命:开启未来科技“新引擎”

北部湾晨报 2017-10-23 11:08 大字

“你好!”9月29日,从中国发出的一声问好,通过量子保密“京沪干线”,又经过“墨子号”卫星,跨越了半个地球来到奥地利。这是历史上首次洲际量子保密通信。

量子卫星上天、量子计算云平台启动、“京沪干线”启航,在这场“第二次量子革命”中,微观世界的这些中国“探梦者”,正在寻找开启未来科技的“新引擎”。

量子通信:一场反监听的安全大戏

最开始,人类结绳记事;然后,用语言和文字沟通;再后来,手机、网络成为必需品。信息传输,早已从如何传输,走入了“如何安全传输”的年代。而在这场比电影更精彩的现实大戏中,有两个人贡献了两幕高潮。

斯诺登说,有人在监听。

潘建伟说,他们听不懂。

中国科学技术大学、杏林苑和滨湖新区……2008年10月,这三个合肥市内本不相干的点,因为一次实验连接在了一起。它们仨因为组成了三节点可扩展的量子通信网络,实现了全球首个量子保密电话系统建设,而被永久载入史册。

随后,五节点,四十六节点,合肥、济南城域网,“京沪干线”……量子通信网在不断扩展。随着量子卫星的发射成功,量子通信网络真正升至“广域”“洲际”传播,为信息保密传输画上了“天地一体”的注脚。

9月29日下午,中国科学院院长白春礼与奥地利科学院院长安东·塞林格通过量子保密通信网络进行了一次视频通话。这次通话使用的量子密钥,信号是这样“走”的:先通过“京沪干线”北京控制中心与“墨子号”卫星兴隆地面站的连接,打通天地一体化广域量子通信的链路,然后通过“墨子号”与奥地利地面站的卫星量子通信,来到7000多公里以外的欧洲。

从百公里级的实验,到千公里级的实际应用,中科院量子信息与量子科技创新研究院研究团队不断取得突破,先后攻克了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控等关键技术难题。

由于量子具有“不可分割”、“测不准”、“不可克隆”等特性,量子保密通信在原理上是绝对安全、不可破解的。

量子计算:秒杀超级计算机的未来引擎

10月11日,量子计算云平台“中国版”正式启动,量子计算的商业化落地近在咫尺。这一云平台,由中科院与阿里云合作发布。据介绍,这是为用户提供量子计算的起点,希望推动量子计算产业化,实现三方面的愿景:一是提升现有计算,包括提升机器学习、组合优化等性能,带动基于这些核心计算的业务;二是赋能新兴产业,营造量子信息技术的生态系统;三是扩充安全,加强已有的量子加密通信技术,使用量子卫星,推出基于量子密码的安全计算。

将量子计算商业化,已经是全球业界的共识。2016年,IBM就向公众开放了一款基于云的量子计算平台——“QuantumExperience”,用户登录后能使用一台5量子比特的量子计算机进行算法或实验模拟;2017年3月,又宣布计划建立业界首个商用通用量子计算平台IBMQ。

让更多人参与到量子计算的探索和研究中,无疑可以加快其突破的速度;但量子计算也并非是“万能”的,其目的主要是用来处理过于复杂和发展太快,以至于传统计算系统无法处理的各种问题。潘建伟说,目前云平台提供25量子比特的经典计算仿真环境,2017年底基于10个超导量子比特的量子计算将上线。

“量子革命”:中国量子人如何回答爱因斯坦“百年之问”?

信息技术的发展,很大程度上是量子力学奠定了根本的基础。通过对量子力学理论的观测和应用,催生了第三次产业变革,同时也带来了两个问题。

一是安全性的问题。信息传输过程中,所有依赖计算复杂度的经典加密算法,原则上随着计算能力的提高,都是会被破解的。信息安全的瓶颈日益凸显。

二是大数据带来的计算能力瓶颈。要把数据中的有效信息提取出来,需要庞大的计算能力,否则数据就是垃圾。尽管现在每部手机的计算能力和当时“登月计划”中用到的是同等量级,但现在全世界的计算能力仍然是非常有限的,大约在2的80次方左右。进入纳米量级后,量子效应将起到主要的作用,原有的摩尔定律也将遇到瓶颈。

“非常有意思的是,量子力学同时为解决这些问题做好了准备,第二次量子信息革命正在加速到来。”潘建伟说,量子信息学将有三方面的应用:第一是利用量子通信提供原理上无条件安全的加密;第二是利用量子计算实现超快的计算能力,一个亿级变量的方程组计算,用现在最快的超级计算机也需要100年,而用量子计算机只需要0.01秒;第三是实现量子精密测量。

对于量子时代的科学应用,中国“量子人”团队有着明确的科研路线图:通过量子通信研究,从初步实现局域量子通信网络,到实现多横多纵的全球范围量子通信网络;通过量子计算研究,为大规模计算难题提供解决方案,实现大数据时代信息的有效挖掘;通过量子精密测量研究,实现新一代定位导航等。 (新华网)

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