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量子革命:开启未来科技“新引擎”—新闻—科

发布时间:2017-12-03 阅读:

  量子革命:开放未来技术“新引擎” - 新闻 - 科学网

  你好! 9月29日,来自中国的你好,他通过量子秘密的京沪干线,经过卫星穿过半地球到奥地利。这是史上第一次洲际量子保密通信。通话内容经过量子加密后,理论上不能破解。

  一个短的电话,留下一个厚厚的音符。这种长距离,实用的量子保密通信,意味着量子通信网络的全球覆盖面越来越接近我们。在第二次量子大革命中,这些在微观世界中的中国探险者正在寻找开启未来科学技术的新引擎。

  量子通信:

  一个反义的安全戏剧

  人类从一开始就总结了这个故事,然后,他们用文字和文字交流;后来,手机和互联网成了必需品。信息传输,早已如何转移,进入如何保证传输的时代。在这部比电影更刺激的现实戏剧中,两人贡献了两个高潮。

  斯诺登说有人在听。

  潘建伟说,他们不明白。

  中国科学技术大学,杏林苑和滨湖新区于2008年10月在合肥的三个无关点,因为一个实验联系在一起。他们永远被记录下来,因为他们通过形成三节点可扩展的量子通信网络,形成了世界上第一个量子安全电话系统。

  随后,五个节点,四十六个节点,合肥,济南地铁,京沪主干量子通信网络不断扩大。随着量子卫星的成功发射,量子通信网络真正崛起为广域的洲际传播,为信息的安全传输注入了世界性的脚注。

  9月29日下午,中国科学院院士白春礼和奥地利科学院院长安东·薛林格通过量子保密通信网络进行了视频通话。这次调用中使用的量子密钥就是信号是这样的:首先通过京沪干线京京控制中心与墨子兴隆地面站的连接,首先连接世界范围内的广域量子通信链路,然后通过墨子和奥地利的卫星地面站进行量子通信,距离欧洲7000多公里。

  从百公里实验到千公里实际应用,中科院量子信息研究所和量子技术创新研究小组取得突破,先后解决了高速量子密钥分发,高速,高效率的单光子探测,可靠的继电器传输和大规模的量子网络控制等关键技术问题。

  量子节点的构建不是我们可以实现这样一个长距离多节点量子密码学。特别是外部节点不是我们构建的,这意味着世界一个量子通信网络是稳定的,兼容的和实用的。上海科学院首席科学家潘建伟说。

  京沪干线这条连接北京,上海,济南和合肥的量子通信网络骨干网,全长2000公里,可以满足数千用户的密钥配送业务需求。通过这条路线,不少银行和企业都实现了对北京和上海不同地点数据量子密码传输的应用。

  量子安全通信由于其不可分割的特性,如不可分割性和非克隆性,原则上是绝对安全的,不可破解的。科学家这样说:首先,窃听者不能分割一半的量子,因为它是不可分割的。其次,测量必须改变量子的状态,窃听者不能测量截获量子后的状态,因为窃听行为是暴露的;第三,未知的量子态不能被精确地复制,即使量子窃听者的截取不能准确地复制量子状态到窃听,只能得到伪码。

  量子计算:

  钉住超级计算机的未来引擎

  10月11日,中国版量子计算云平台正式启动,量子计算商品化工作即将完成。这个云平台是由中国科学院和阿里云合作发布的。据介绍,这是用户提供量子计算的出发点,希望能够推动量子计算产业化,实现三个方面的愿景:一是加强现有的计算,包括升级机器学习,组合优化等基于这些核心计算的业绩驱动业务;其次是使新兴产业建立量子信息技术生态系统;三是扩大安全性,加强现有的量子密码通信技术,利用量子卫星,引入基于量子密码的安全计算。

  量子计算的商业化已经是全球产业的共识。 2016年,IBM推出了量子体验(Quantum Experience),这是一款基于云计算的量子计算平台,用户可以登录,然后使用5-qubit量子计算机进行算法或实验模拟。 2017年3月,IBM还宣布计划建立一个业界领先的商用通用量子计算平台IBM Q.

  让更多的人参与量子计算的探索和研究,无疑可以加速其突破;但量子计算不是万能的,其主要目的是处理太复杂和太快,使传统的计算系统无法处理各种问题。潘建伟表示,目前云平台提供了25个经典计算模拟环境的量子比特,到2017年底,基于量子计算的10个超导量子比特将上线。

  中国科学技术大学朱晓波教授是超导量子纠缠的主要实现者之一。他告诉记者,实现量子计算有两种方法,一种是通用量子计算,这是非常困难的,需要量子容错。在计算深度和位数有限的情况下,可以创建一个比超级计算机在一些特定问题上更快的模拟器,并且现在是要走的路。我们将10个超导量子位量子处理器接入到云中,希望大家参与到这个应用中去尝试开拓研究。

  量子计算发展的过程比我想象的要快得多。潘建伟说,中国科学家已经验证了实验室目前已知的所有量子算法。该团队将在今年年底之前发布基于超导量子位的网络型量子计算机。希望明年,更多的量子比特将被操纵。最终,计算能力将超越最强大的超级计算机量子霸权。实现后可用于许多实际的研究,如量子退火机理的研究,实现高效率,全球化的最优搜索,使得交通和图像理解更加方便快捷。

  量子革命:

  中国量子如何回答爱因斯坦的问题?

  信息技术的发展在很大程度上为量子力学奠定了基础。通过量子力学理论的观察和应用,第三次工业革命诞生了,同时也带来了两个问题。

  一是安全问题。在信息传输过程中,所有依赖于计算复杂度的经典加密算法原则上都会随着计算能力的增加而被破解。信息安全瓶颈日益突出。

  其次,大数据瓶颈带来的计算能力。从数据中提取有效信息需要大量的计算能力,否则数据是垃圾。虽然现在每部手机的计算能力都与现在的登月计划有相同的数量级,但是世界上的计算能力仍然非常有限,在2“的80%左右,进入纳米级之后,量子效应将起主要作用,原摩尔定律将遇到瓶颈。

  有趣的是,量子力学同时也可以解决这些问题。第二次量子信息革命正在加速。潘建伟说,量子信息科学将有三个应用:第一个是利用量子通信提供无条件安全加密的原理;二是利用量子计算实现超快计算能力,一个十亿级方程的变量方程,用现在最快的超级计算机也需要100年时间,而量子计算机则为0.01秒;第三个是量子精确测量。

  量子信息技术方兴未艾,在这个领域的国际竞争也越来越激烈。近年来,欧美纷纷提出了第二次量子革命计划,加大对基础研究和产业发展的投入。 2016年3月,欧盟委员会发布了“量子宣言(草案)”,计划到2018年启动10亿欧元的量子技术项目。美国将量子转型视为六大科学研究前沿之一。它认为,人类正站在下一代量子革命的门槛上。量子力学正在引领变革性技术,必须加大投入,以促进跨领域的基础研究。

  对于量子时代的科学应用,中国的量子团队有着明确的科学研究路线:通过量子通信的研究,从最初实现量子通信网络到实现多向多垂直全局量子通信网络;通过量子计算研究,为大规模计算问题提供解决方案,在大数据时代实现信息的有效挖掘;通过量子精密测量的研究,实现新一代定位导航。

  量子世界中的年轻人

  周琳

  时间要回到2016年9月23日,那时候,世界上第一颗量子科学实验卫星,却一个多月了。不知道是谁在团队心血来潮,在新疆南山地面站,项目一部分参与者集中在户外,等待着卫星飞过天空,在红绿相间的瞬间,他们拍了一张照片。

  那一刻,银川想起了2008年的暑假.26岁的她和25岁的曹在佘山天文台第一次验证了恒星之间量子通信的可行性。不要动(仪表),你来了,我收到了,我收到了!

  廖胜凯想起了他2010年博士学位的一天。他的博士学位论文由卫星地面站指挥,他遵循他的系统。六年后,他终于完成了博士论文,证明青年赌博是可行的。

  拍下这张照片,曹某1983年出生在兴隆地面站的光连接星考; 1987年出生在西藏Xu al胡同地面站的军装外套+羽绒服做实验;同年1987年芮军参加量子化学实验的新方向,在国际竞争中以新的方式; 1988年吴展团队坚定地在量子模拟系统中走出了一个新的高度向国际同行迈进的新方向。

  拍摄这组照片,叫戴辉,是90后的学生。

  在这个小小的量子世界中,安装了很多年轻人,很少有人单独前进。在过去的一个世纪里,包括爱因斯坦和玻尔在内的几代科学家一直在寻找量子世界的秘密。这一次,年轻人被质疑。

  量子光是一个极其微弱的光学信号。单光子的光信号亮度相当于140公里外的人眼中的蜡烛强度。必须知道,人的眼睛可以区分蜡烛的明亮光线的极限距离,只有约700米。

  早在2008年,尹和曹元就被派往上海佘山。借助天文台与卫星之间的光信号传输,证明了单光子级的光源也可以被地面接收,为一星量子通信网络的支持提供了实验。

  一个无人主题。有一年,印度胡安盯着屋顶望远镜旁边的电脑,曹原赔偿楼下赔偿,日复一日。由于天气,技术参数等因素的影响,电脑几个月没有一丝痕迹。突然有一天,当惊喜来临时,望远镜和卫星汇合在一起,屏幕上出现了一个微弱的抖动。

  这是历史上第一次,如果从卫星发射单光子级光信号,它可以在地面上被接收到。换句话说,基于卫星的量子通信是可行的。

  进入量子世界,为以后的人们探索一条畅通的道路,让大家逐渐了解这个世界的用处在哪里,是中国量子科学的开端。做这样一个研究,就像茫茫夜空,在一片混乱的荒野前,不知道研究方向是否正确,不知道花了多少时间,不知道最后是否能做到。

  但科学研究不是一种不行的方法,而是迅速改变方法;但一直问自己为什么这种方法不起作用。定位问题,重现问题,分析问题才能解决问题,只有一步一步往前走。在进行下一步之前,必须解决前一步骤中的所有问题。最后,实验基本完成后才能完成。

  在将量子纠缠源发送给太空之前,曹垣等人发现其指标总是在波动。天卫星装备维修人员是不可能的,只能密切关注分析。问题是找到一个指甲大小的光学分束器,然后制作超过50套相同的测试件,耗尽所有疑问。

  能够担任下一个任务的中国科学技术大学,默默地给予他们最大的容忍。实验室成立时,他们的主管潘建伟院士放下了一切限制,五年内不能发表论文。团队合作,做实验性的让步最多,这样我们就可以继续高强度,高质量的工作。

  每一步的基础都特别强大,达到预期的结果是很自然的。他们认为,在这里,我们可以看到第二次信息革命的曙光,付出整个学术生涯也是值得的。

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