潘建偉揭示量子計算發(fā)展三階段

  ICCSZ訊 2019年，量子在人類(lèi)科技進(jìn)步中書(shū)寫(xiě)了濃墨重彩的一筆。谷歌實(shí)驗證明了“量子優(yōu)越性”，演示了量子計算具有超越經(jīng)典超級計算機的計算能力。難道說(shuō)，一場(chǎng)量子驅動(dòng)的科技革命真的要來(lái)了？

  日前，由智識學(xué)研社、知識分子、賽先生和墨子沙龍主辦，在北京召開(kāi)的“2020年新年科學(xué)演講”就將目光聚焦在量子信息革命上，并邀請著(zhù)名量子物理學(xué)家、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉作了題為“從愛(ài)因斯坦的好奇心到量子信息革命”的演講。

  第一次量子革命：被動(dòng)觀(guān)測與應用

  事實(shí)上，人類(lèi)已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)一次量子革命。那就是從1900年普朗克通過(guò)普朗克公式描述黑體輻射后提出量子論算起的百余年來(lái)，眾多物理學(xué)家通過(guò)對量子規律的觀(guān)測，成功構建起量子力學(xué)的物理大廈。

  “正是第一次量子革命直接催生了現代信息技術(shù)?！迸私▊ケ硎?，基于量子力學(xué)原理，核能、半導體晶體管、激光、核磁共振、高溫超導材料等諸多應用問(wèn)世，很大程度上改變了我們的生活。

  潘建偉進(jìn)一步解釋?zhuān)辛税雽w，才有現代意義上的通用計算機；為了向世界傳遞加速器數據，科學(xué)家們才發(fā)明了萬(wàn)維網(wǎng)；量子力學(xué)構建起非常精確的原子鐘，才使GPS衛星全球定位、導航等成為可能?？梢哉f(shuō)，量子技術(shù)是現代信息技術(shù)的硬件基礎。

  “一部手機當中，至少凝聚了8項諾貝爾獎成果?！迸私▊フ劦?，其中很多與量子力學(xué)有關(guān)。例如，2000年，用于屏幕的導電聚合物獲諾貝爾化學(xué)獎，用于芯片的集成電路獲諾貝爾物理學(xué)獎；2007年，用于存儲器的巨磁阻效應獲諾貝爾物理學(xué)獎；2009年，用于相機的半導體成像器件獲諾貝爾物理學(xué)獎。

  第二次量子革命：主動(dòng)調控和操縱

  潘建偉指出，科學(xué)家在對量子糾纏這一詭異的互動(dòng)展開(kāi)大量實(shí)驗研究的過(guò)程中，發(fā)展出精細的量子調控技術(shù)，而結合量子調控和信息技術(shù)，人類(lèi)迎來(lái)了以量子信息技術(shù)為代表的第二次量子革命，從對量子規律被動(dòng)的觀(guān)測和應用變成了對量子狀態(tài)的主動(dòng)調控和操縱。這一飛躍，正如人類(lèi)對生物學(xué)的認識從孟德?tīng)栠z傳定律跨越到DNA基因工程。

  量子信息技術(shù)中的量子通信、量子計算能夠滿(mǎn)足信息技術(shù)發(fā)展至今對安全性的極高要求，和對計算能力的巨大需求。

  “量子通信可以提供原理上無(wú)條件安全的通信方式?！迸私▊ソ榻B，它的目標是要在更大的范圍里實(shí)現安全的信息傳輸。它的發(fā)展路線(xiàn)是，先通過(guò)光纖實(shí)現城域量子通信，再通過(guò)中繼器建立城際量子通信網(wǎng)絡(luò )，最后通過(guò)衛星中轉實(shí)現網(wǎng)絡(luò )達不到的遠距離量子通信。
  “量子計算的發(fā)展則要分為三個(gè)階段?！迸私▊フJ為，第一階段，就是谷歌實(shí)現的量子霸權，即針對一些特殊問(wèn)題，造出一臺比目前計算機更快的量子計算機，大概需要50個(gè)量子比特；第二階段，他們希望能夠操縱幾百個(gè)量子比特，實(shí)現一種專(zhuān)用的量子模擬機，用于高溫超導機制、特殊材料設計等目前計算機無(wú)法處理的問(wèn)題；第三階段就是爭取未來(lái)二三十年，造出可編程的通用量子計算機。

  “我們已經(jīng)能夠實(shí)現100個(gè)甚至幾百個(gè)原子的糾纏，在一些模擬的問(wèn)題里，大概能夠達到全世界計算能力總和的100萬(wàn)倍?！迸私▊ネ嘎?，2020年，研究團隊計劃實(shí)現對50個(gè)光子的相關(guān)操縱，驗證量子霸權。其技術(shù)路線(xiàn)采用玻色取樣，相比谷歌更具優(yōu)越性，預計計算速度將達到全球最強超級計算機“頂點(diǎn)（Summit）”的1億倍。在量子通信方面，他們計劃研制一臺光鐘，精度達到10-21秒，大概10萬(wàn)億年誤差不超過(guò)1秒鐘，這種技術(shù)也可以提供一種引力波探測的新途徑。

  “經(jīng)典計算機是決定論的，經(jīng)典人工智能無(wú)論多么聰明，我們覺(jué)得那還是一個(gè)機器人?！迸私▊タ偨Y道，但是量子力學(xué)第一次把觀(guān)測者的意識與物質(zhì)的演化結合起來(lái)，量子計算機可能和人類(lèi)的大腦有一些相通。人工智能是一種軟件技術(shù)，量子計算是硬件技術(shù)，人工智能和量子計算結合到一起的時(shí)候，其實(shí)是人類(lèi)自己創(chuàng )造出了一個(gè)非生物體的“小孩”。

  “從某種意義上來(lái)講，這個(gè)‘小孩’可能比我們更聰明，甚至可以超越人類(lèi)的智慧?！迸私▊フf(shuō)。