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量子物理学家潘建伟:量子力学的第二个孩子,正准备大展拳脚
发表日期:2020-11-08 14:43| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:量子物理学家潘建伟:量子力学的第二个孩子,正准备大展拳脚

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子物理学家潘建伟:子计算 量子通信 究竟有什么用?

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量子物理学家潘建伟:量子力学的第二个孩子,正准备大展拳脚

中国科学院院士、量子物理学家潘建伟

腾讯科技讯 11月7日,2020年腾讯科学WE大会在线上举行。中国科学院院士、量子物理学家潘建伟针对量子计算、量子通信话题发表了演讲。

潘建伟指出,目前我们所面临着的计算能力的瓶颈,就是我们拥有的计算能力是非常有限的,如果把全球的所有的计算机的计算力加在一起,一年都没办法完成对2的90次方个数据的穷举搜索,传统的发展模式目前已经受到了严重的制约。因为摩尔定律正在逐渐地逼近极限,那么大概会在不到十年左右的时间,晶体管的尺寸大概就会达到原子尺寸——亚纳米水平,这个时候,晶体管的电路原理将不再适用。

那么怎么来解决这些问题?潘建伟给出了答案:量子力学。量子力学生的第一个小孩就是现代信息技术,它又已经准备好产生第二个小孩,这个小孩可以解决算力不够、信息传输不安全等问题。

潘建伟介绍,量子计算本质上,目前的国际学术界大概把它们分成三个阶段:

第一阶段:我们希望能够造出一台机器来,这台机器在计算某个具体的问题上,它可以比目前最快的超级计算机算的快。那么为了达到这个目标,我们大概需要有50个量子比特的相干操纵,这是当时我们学术界的一个目标之一。

第二阶段:我们希望能够操纵数百个量子比特的这么一种量子计算机,这叫做专用量子模拟机,那么利用它可以来揭示若干经典计算机无法胜任的一些计算任务。

第三阶段:我们希望能够来实现一种可编程的通用量子计算机。

除了量子计算,潘建伟又介绍了量子通信方面的相关应用,其中一个就是所谓的量子秘钥分发。比如有两个人为了进行安全的通信,可以先送一系列单光子,处于各种各样状态的单光子,由A送给B。

如果中间有个窃听者存在,光子的能量是不再可分的,不能分成半个,所以如果窃听者要把这个光子拿走的话,接收者B就收不到了。

再或者窃听者对这个光子做个测量,那么量子力学里面有个原理---测不准原理,去测量光子,就会影响光子的叠加态。

所以说有了窃听就必然会被发现:第一,它不能分半个光子,光子是不可分割的;第二,这种光的状态是去测量它,它就会被扰动。

那么这个通信的双方,把那些被别人扰动过的或者被别人拿走的光子扔掉,就可以形成了一种安全的秘钥分发,利用安全的秘钥分发你就可以实现了加密内容不可破译的安全的量子通信。

潘建伟最后表示,随着量子计算的发展,我们可以把它用到经典密码的破译、气象预报、金融分析和药物设计等多个方面,这些都是它未来可以应用到的相关领域。

以下为潘建伟教授演讲全文:

大家好,非常高兴来到这里,跟大家分享我们正在开展的一些工作。

我叫潘建伟,来自于中国科学技术大学。我今天给大家报告的题目是新量子革命。

请允许我,从古生物学开始讲起。我们的古生物学告诉我们,在10万年之前我们存在着有两类人属。其中一类是尼安德特人,另外一类是智人。尼安德特人比智人更加强壮,甚至他的脑容量比现代人还大。智人,个体是弱于尼安德特人的。那么为什么智人会在进化当中胜出成为现代人的祖先呢? 其中主要的原因是智人发明了基本的符号和语言。有了符号和语言的帮助之后,人们就可以进行有效的信息的交互,以至于可以形成一个互为一体的社会化的群体。所以,他在对抗大自然的各种困难当中变得更加地有效。

其实在人类的进化当中还有一个事情是非常重要的,就是所谓的隐私的保护。正因为大脑里面在想什么,在思考什么,是别人怎么样也没法知道的,所以它才能够导致思想的多样性。而思想的多样性,是创新与进步的源泉。比如古希腊的雅典学院和我们春秋战国时候的百家争鸣,正因为这样才导致了各种各样的思想出来推动社会文明的进步。

在人类的历史上,有一次重要的科学革命。根据牛顿力学,他告诉我们一切力学的现象,都是可以统一为一个简单的公式F=ma。与此同时,麦克斯维尔建立的电动力学又告诉我们一切光电磁的现象都可以统一成为一个方程组。第一次科学革命所带来的科学进步,极大地推动了信息交互效率的提升。

古时候的信息只是通过口口相传,更近一点,大家有书了、有纸了,可以用书进行千里传书,然后有了著作。到了近代,科学革命的发生,推动了第一次工业革命,也就是蒸汽机时代。同时推动了第二次工业革命,进入电力时代。所以整个地球已经变成一个地球村,信息交互的效率越来越高,巨大地推动了我们人类文明的进步。

随着量子力学和相对论的建立,又发生了一次新的科学革命,这是人类历史上的第二次科学革命。在第二次科学革命当中,我们基本上把量子力学在过去100年中的应用归属成第一次量子革命。在第一次量子革命中,大家产生了非常多有用的东西。从某种意义上讲,我们第三次产业变革或第三次工业革命是建立在信息技术的基础之上的。信息技术的硬件的基础就是量子力学。没有半导体晶体管的发明,就不会今天的计算机、手机,没有万维网的发明就不会有我们现在的万物互联、互联网的概念。

所以从计算、网络和感知方面,其实都是量子力学所带来的这么一个巨大变革。所以从某种意义上讲,信息交互已经并将一直伴随着我们人类的进化和社会的发展。在我们这过程当中有两个东西是非常重要的,第一个是信息交互的效率,第二个是我们的隐私的保护。这是刚才已经讲到了的。

那么怎么来做到这两点呢?我们可以通过计算能力的提高和网络效率的提高来加强信息交互的效率。通过信息安全和网络安全,来加强对我们个人的和各类各样的隐私的保护。实际上,为了实现信息的安全,大家就设计各种各样的非常复杂的加密系统来保证信息的安全传输。有矛必有盾,在二战当中德军一个非常高级的密码,那个密码被图灵给破解了。现在我们广泛使用的一个公钥体系,RSA 512位在1999年就被破解了,768位在2009年被破解了。现在我们银行里面用的U盾,大概经常用的是1024位。大家现在已经建议,随着计算能力的发展,最好不要去使用它(RSA 1024)了。所以人类历史告诉我们的经验,就是依赖于计算复杂度的经典加密算法,随着我们计算能力的增加,原理上都会被破解。

(责任编辑:admin)
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