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“遇事不决 量子力学”?一起来了解下真正的量子科技知识吧!

发布时间:2020-10-17 14:17:49  信息来源:  阅读次数: 1104 次

长沙晚报掌上长沙10月17日讯 据央视新闻消息:量子科技,是国际最为关注的前沿热点之一。“十三五”期间,我国成功发射了世界首颗量子科学实验卫星、建成世界首条千公里级量子干线、完成世界首 次洲际量子通信,在量子通信领域取得一系列重大进展,使我国在国际量子通信领域的赛道上继续保持领跑地位。

中国科学技术大学教授 中国科学院院士 潘建伟:我们下一步的奋斗目标就是希望把它(量子卫星)本身的重量由600公斤、(量子光源)亮度100兆左右,突破到100公斤,可能的话到50公斤左右,让亮度可以进一步提高。

在位于安徽合肥的中国科学院量子信息与量子科技创新研究院,潘建伟院士和同事们正在研讨量子卫星网络的建设规划。2016年,我国成功发射世界首颗量子通信实验卫星“墨子号”,并圆满完成了星地量子密钥分发等三大科学目标。然而,要构建天地一体化的全球量子通信网络,量子通信还面临很多急需攻关的技术。

中国科学技术大学教授 中国科学院院士 潘建伟:我们这一两年技术上有很好的进步,我们的空地量子密钥分发的线路的效率得到了大幅度的提升,所以从这样一来,我们天上的载荷就可以做得更小了,就可以由原来的几百公斤做到几十公斤,这个成本就可以大幅度地由几个亿降低到千万的量级。我们希望明年能够完成(微纳量子星)正样的研制,具备择机发射的条件。

潘建伟介绍,通过“墨子号”与地面星地量子实验所积累的经验,地面台站也由原来的十多吨重降低到了百公斤量级。利用已经超期服役两年的“墨子号”,科研团队还在进行量子精密测量、量子时频传递等多项科学实验。

中国科学技术大学教授 中国科学院院士 潘建伟:我们觉得一个好的东西,建议是能够通过国际合作来推动整个领域的发展,后面我们可能会跟我们意大利的同事、印度的同事、加拿大的同事然后还有俄罗斯的同事一起合作,再进一步做一些相关的实验,来确认它是不是能够很好地把信号送到各个地区的地面站,为我们后面推动实用星的研制能够积累更多的经验。

中国科学技术大学教授 “墨子号”科学应用系统总工程师 彭承志:除了围绕墨子号现在正在做的这样一些物理的和通信的这样的一些实验之外,我们更重要的精力转向了下一代的空间量子通信的网络的研究。这就包括未来要把这个量子通信(卫星)推向中高轨,甚至于到(地球)同步轨道,到那个时候我们就能够实现24小时全天时的这种量子通信了。

量子是质量、能量等各种物理量的基本单元,比如光子、原子等基本粒子都被统称为量子。与宏观世界不一样,处于微观世界的量子具有纠缠、叠加等很多特性,所以将量子技术应用到保密通信、超 强计算、精密测量等诸多领域,可以实现很多经典信息技术所不能完成的任务。

十三五期间,世界首条千公里级量子保密通信干线——京沪干线建成启用,与“墨子号”相结合,我国成功实现世界首 次洲际量子保密通信。就在今年,潘建伟研究团队还将无中继光纤量子密钥分发的世界距离拓展到了500公里,并成功实现了千公里级基于纠缠的量子保密通信,在量子信息领域取得了一系列重大进展。

除了量子保密通信外,量子科技的另一个重大应用前景就是量子计算。量子计算被称作“自然赋予人类的终 极计算能力”,如果将传统计算机的速度比作“自行车”,量子计算机的速度则可能是“飞机”。在量子计算领域,科研团队正在进行怎样的技术攻关?量子科技的发展有着怎样的战略规划?

总台央视记者 帅俊全:我现在就是在光量子计算实验室,研究团队正在进行攻关的就是50个光子的量子计算研究。量子计算的速度,它其实是随着可操纵光子的数目的增多而呈指数级的上升,所以一旦50个光子的量子计算研究实现成功的话,它对特定问题的计算速度就能够达到现有的超级计算机的百万亿倍之多。

2017年,我国科学家成功实现十个光量子比特的纠缠操纵,研制出了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机。随后,研究团队又通过多项技术攻关、成功实现了18个光量子比特的纠缠操纵,进一步刷新了该领域的世界纪录。

中国科学技术大学教授 中国科学院院士 潘建伟:最近正在做相关的实验,那么这个实验我们是非常有信心的,希望能够实现50个光子的相干操纵。那么实现之后,它其实就是说我们在量子计算里面有一个指标性的里程碑。也就能说明我们到底能不能比超级计算机算得快。与此同时,我们最近正在测试就是60个比特的超导量子计算系统,希望能够在不久的将来有比较好的成果。

量子计算被认为是未来推动高速信息处理的颠覆性技术,有望在密码分析、长周期天气预报、石油勘探和药物设计等领域发挥重大作用。目前国际上对于量子计算的研究有很多方案,光子、超冷原子和超导线路等三大体系最受关注。潘建伟介绍,实现可编程可通用的量子计算机或许还需要二十年甚至更长的研究攻关,但专门用于解决一些特定问题的量子模拟机已经显示出了超 强的计算能力。

中国科学技术大学教授 中国科学院院士 潘建伟:我们说五年之内,量子通信方面,我们要推广它的实用化,所以首先要实现地面设备的小型化和成本的大规模降低和量子卫星的实用化,这是一方面。第二方面在量子计算方面,我们会在完成(量子)称霸的基础之上,完成一些有价值的专用量子计算机的研制,可以来解决一些在传统超级计算机里面解决不了的又是有价值的科学问题,这是我们“十四五”(期间)在量子计算机方面提出来的一个目标。量子精密测量刚刚开始开花结果,我们希望能够通过“十四五”(期间)的努力,也能够走到国际的第 一方阵。

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