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人民日报:量子通信,中国领跑

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-03-27 编辑:情感散文

作者:刘石爻资料来源:《人民日报》发布日期:2016/8/22 9:445:49

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人民日报:量子通讯,中国领先

量子科学实验卫星样本星 日前,中国成功发射了世界上第一颗量子科学实验卫星“墨子”(Mozi)(以下简称量子卫星),该卫星将在世界上首次实现卫星与地面的量子通信,并构建一个全球一体化的量子保密通信和科学实验系统。

量子卫星的成功发射不仅具有重要的科学意义和实用价值,而且将推动我国在量子空间空的国际竞争中处于主动地位,在第二次量子革命中从奔跑者转变为领导者。

以空的尺度测试量子力学有望在基础科学的前沿取得突破

量子是物理世界中最小的基本个体 它具有神奇的特性:首先,有多种可能状态的叠加状态,只有在观察或测量时,某些状态才会随机出现。 “这就像孙武空的分离技术,”量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟解释道。

其次,量子有纠缠态,这意味着这两个纠缠量子就像心灵感应双胞胎。不管两者相距多远,当哥哥的状态改变时,弟弟的状态也随之改变。

随着科学家们对这些特性的不断认识,适合实际应用的量子通信技术得到了发展。 量子通信分为两种类型。一种是量子安全通信,它可以实现无条件和安全的通信,并且永远不会被窃听或解码。另一种是量子隐形传态(quantum transport),它可以精确地将未知的粒子量子态传送到远处,而不需要传送粒子本身。 “就像翻筋斗云一样,实现即时传输 “量子卫星的发射主要是进行卫星对地高速量子密钥分发和卫星量子隐形传态等实验

“以量子信息为代表的量子调控带来了第二次量子革命 潘建伟认为,人类已经从简单地观察量子向积极地调节量子迈出了巨大的一步。 “中国成功发射量子科学实验卫星是一个里程碑,它将建立有史以来最大的天地一体化量子实验室,真正实现星地之间的广域量子控制。 "

“过去,人们只看到量子现象,却不理解它们背后的规律。 潘建伟说,科学家起初只是被动地观察量子,发现有用的现象,所以他们用它来试一试。这样,量子力学给人类带来了核能和半导体等重要发明,可以称之为“第一次量子革命”。" “随着理解的加深和技术的进步,人们开始试图积极控制量子的奇异性质,开发适合经典世界的新技术 “一个接一个地抓住微观粒子,并根据需要在微观层面上精确组装和调控它们,是一个新的飞跃 量子调控和量子信息技术的快速发展标志着第二次量子革命的兴起。 “

作为人类认识自然的最重要和最直接的手段之一,科学卫星可以促进人类在基础科学方面取得重大和原始的成就。

“继暗物质粒子探测卫星‘Wu空和微重力科学实验卫星‘Practice 10’之后,量子卫星作为中国空科学战略试点项目的第三颗科学卫星,将推动基础科学前沿领域的突破。 ”中国科学院国家空科学中心主任、科学先驱专用科学卫星项目执行副主任吴季说空

“这次发射可以帮助科学家在空的尺度上测试量子力学的正确性 ”潘建伟说,量子力学是一种描述微观世界的理论。它是否能在宏观上建立还需要通过实验来证明。 “如果我们能够实现光学量子纠缠在很长距离上的分布,就有可能测试未来量子引力模型。 “

有人曾经问他:既然量子力学被认为是正确的,为什么要进行大规模远距离测试?”因为只有进入新的领域才能发现新的科学 ”潘建伟回答道

”以量子光学为例。一旦量子态、量子相关和量子纠缠理论被量子科学实验卫星验证,将对量子光学的理论计算和实验设计起到指导作用 北京计算科学研究中心教授、中国科学院院士朱石爻说

“如果证明这次卫星发射的技术路线是正确的,外国团队将从台空开始进行量子实验,这将促进整个学科的发展,这是主导作用。 ”潘建伟说道

“也正因为如此,外国团队相继加入了我们的国际合作。中国吸引了更多高质量的国际资源。 “据潘建伟介绍,中国科学院与奥地利科学院签署了合作协议,并共同致力于在量子科学实验卫星框架内进行洲际量子通信实验。 “它的目标是实现北京和维也纳之间的量子安全通信 此外,还与德国团队开展了相关合作,致力于探索量子通信。

大国在量子通信领域竞争激烈,中国一开始并没有意识到“弯道超车”。

量子通信关系到国家信息和国防安全,这一战略领域已经成为发达国家和地区优先发展的信息技术和产业高地。

美国对量子通信的理论和实验研究开始得更早,并首次被纳入国家战略。 美国国防部支持的“高级研究与发展活动”(Advanced Research and Development Activities)计划将量子通信的应用扩展到卫星通信、城域网和长距离光纤网络。美国航天局空还计划在总部和喷气推进实验室之间建立一条直线距离为600公里、光纤护套长度约为1000公里的长距离光纤量子通信干线。它还计划扩展到卫星对地量子通信。

欧盟的目标是共同建立一个量子互联网。2008年发布的《量子信息处理与通信战略报告》定义了未来5年和10年欧洲量子通信的发展目标。 欧洲联盟还启动了量子通信技术标准化研究,并建立了“基于量子密码术的安全通信”项目,这是继欧洲核研究组织和国际空之后的又一项大规模国际科技合作

日本也不愿意落后,已经为量子信息技术的长期发展制定了路线图。 日本国家信息与通信研究所计划在2020年实现量子中继,并在2040年前在广域光纤和自由空之间建立一个容量有限且无条件安全的量子通信网络

虽然中国不是第一个开始全球量子通信竞争的国家,但经过科学家们的不懈努力,中国现在已经实现了量子通信领域的“角落赶超”。

潘建伟团队在2007年首次实现了安全通信距离超过100公里的光纤量子密钥分发;世界上第一个全通量子通信网络于2008年实现。第一个大规模的都市量子通信网络将于2012年建成。中国在2016年发射了世界上第一颗量子科学实验卫星……许多“世界第一”来自“中国队”

“这标志着中国在量子通信领域的崛起,从10年前的一个卑微的国家发展到现在的世界强国,领先于欧洲和北美……”《自然》杂志在报道该团队的研究结果时说。

当被问及为什么在欧美之前就有可能发射第一颗量子卫星时,潘建伟坦言,虽然大多数同事仍在实验室进行理论演示,但他们的团队已经开始思考如何在台空实现量子信息传输,并开始了一系列星地量子通信的地面验证实验,为星地量子通信奠定了坚实的基础。

潘建伟说,这也得益于国家的大力支持 “中国的‘大科学’项目非常有效 一方面,国家的高强度支持使包括我们团队在内的优秀科研团队能够迅速推动量子信息研究的发展;另一方面,当卫星量子通信方向出现重大突破的迹象时,中国科学院迅速做出前瞻性决定,并能够在国际上率先发射卫星项目。 “

我们希望到2030年建立全球广域量子通信网络,并在量子计算领域取得一些成就

”为什么会有量子纠缠还不清楚 我们对量子力学的理解仍然肤浅。 潘建伟说,在未来五年里,他最想做的事情是首先从更远的距离和更大的范围来研究量子力学,并发现新的科学。 与此同时,我们将坚持利用发现规律改造世界,建设更广泛、更高效的量子安全通信网络。

“对我们的团队来说,卫星的发射并不意味着努力的结束。 一颗低地球轨道卫星无法覆盖整个世界。同时,由于强烈的阳光背景,目前星地量子通信只能在阴影区域进行。 为了实现高效的全球量子通信,还需要形成卫星网络。 潘建伟表示,在“量子科学实验卫星”项目之后,他的团队还将计划在空开展“量子调控和光传输研究”项目 该项目将研究星间量子通信技术、全天量子通信技术等。同时开展量子密钥组网应用和空各种技术系统的星间激光通信验证等应用研究。为下一次卫星组网奠定技术基础。 “如果进展顺利,有望在2030年左右建立一个全球广域量子通信网络。 “

量子计算是潘建伟想做的另一件事

量子计算将带来计算能力的飞跃,是量子信息除了量子通信之外的另一个主要分支 在经典计算机中,每一位只有两种状态,0和1。 然而,在量子计算中,每个比特可以处于0和1的叠加状态。一旦被操纵的量子数量增加,它将以指数增长的形式提高计算速度,具有超强的并行计算能力。

“例如,用一万亿台经典计算机分解大量的300位需要15万年,用一万亿台量子计算机只需要一秒钟。 潘建伟表示,在大数据和人工智能领域,解决一个包含1000亿变量的方程组需要大约100年的时间,而使用目前最快的1000亿台超级计算机“太湖之光”只需要0.01秒。"

量子计算不仅能解决大规模的计算问题,如天气预报、药物设计、金融分析和石油勘探,还能揭示复杂的物理机制,如高温超导和量子霍尔效应。

潘建伟介绍了量子计算的一些进展 中国科学院与阿里巴巴集团合作建立的量子计算实验室,将努力在最有前途的研究方向取得第一个突破,实现实用量子计算,如基于光和超导比特的量子计算和基于超冷原子的量子模拟。 到2020年,该实验室有望实现“太湖之光”在量子模拟方面的超级计算机能力。到2030年,实验室将在某些特定功能上达到“太湖之光”的100亿倍,初步实现通用量子计算功能 近年来,他的团队在世界上第一次实现了用于快速求解线性方程的量子算法和量子机器学习算法,这已成为量子计算应用于大数据分析和人工智能的开创性实验工作。

“国内量子计算的研究颇有亮点,但想要赶上欧美发达国家,还需要团队不懈努力。”潘建伟说,现在团队上下都鼓足了干劲,争分夺秒地追赶。“我们很有信心。”

相关专题:中国发射首颗量子卫星“墨子号” 特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。

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