量子計算機到底有多牛?看超強計算如何顛覆我們生活

物理 量子計算 潘建偉 通信 浙江新聞 2017-05-05
量子計算機到底有多牛?看超強計算如何顛覆我們生活

谷歌前日剛剛宣告最快在2017年底前推出50個量子比特的計算機,中國科學技術大學3日就說,我先給你演示下10個量子比特的計算機。(注:量子比特數目越大,計算機運行速度越快。)

勞動節剛過2天,中科大潘建偉的團隊在上海宣佈,構建了世界首臺10個超導量子比特的計算機。

在業內人士看來,量子計算機將是計算技術的下一個里程碑,在全球主要國家和科技巨頭已上演“量子爭霸”的情況下,潘建偉團隊的成果顯示了中國在這一領域處於世界領先水平。

然而,對於大多人來說,量子計算機這名字實在是太陌生了。那麼,什麼是量子計算機?這臺計算機長什麼樣,到底牛到哪個程度?它在我們日常生活中又能起到什麼作用呢?

量子將如何改變我們的生活?

量子計算機到底有多牛?看超強計算如何顛覆我們生活

1982年,美國著名物理物學家理查德·費曼在一個公開的演講中提出利用量子體系實現通用計算的新奇想法。緊接其後,1985年,英國物理學家大衛·杜斯提出了量子圖靈機模型 。理查德·費曼當時就想到如果用量子系統所構成的計算機來模擬量子現象則運算時間可大幅度減少,從而量子計算機的概念誕生了。

有人說,從電子計算機飛躍到量子計算機,無論生產、科研還是日常生活,世界將會經歷一場顛覆性改變。通過量子計算機,我們可以把整個城市甚至整個地球上所有人的出行計劃全部輸入進去,它就能瞬間設計出最佳出行路線,從而讓人們徹底告別交通擁堵。那麼,什麼是量子計算機?它在我們日常生活中又能起到什麼作用呢?來通過這個視頻簡單瞭解一下吧。

中國科學技術大學教授朱曉波說,在我們生活的宏觀世界裡,物體的位置、速度等運動規律,都可以通過牛頓力學精確地測算。但在量子微觀世界裡,有著與宏觀世界截然不同的規則。

量子的神祕之處首先體現在它的“狀態”。在宏觀世界裡,任何一個物體在某一時刻有著確定的狀態和確定的位置。但在微觀世界裡,量子卻同時處於多種狀態和多個位置的“疊加”。

量子力學的開創者之一、奧地利物理學家薛定諤曾用一隻貓來比喻量子態疊加:箱子裡有一隻貓,在宏觀世界中它要麼是活的,要麼是死的。但如果在量子世界中,它同時處於生和死兩種狀態的疊加。

更為詭異的是,量子的狀態還經不起“看”。也就是說,如果你去測量一個量子,那麼它就會從多個狀態、多個位置,變成一個確定的狀態和一個確定的位置了。如果你打開“薛定諤的箱子”,貓的疊加狀態就會消失,你會看到一隻活貓或一隻死貓。

如果說一個量子已經很“奇怪”,那麼當兩個量子“糾纏”在了一起,那種不確定性連愛因斯坦都受不了了。根據量子力學理論,如果兩個量子之間形成了“糾纏態”,那麼無論相隔多遠,當一個量子的狀態發生變化,另一個量子也會超光速“瞬間”發生如同心靈感應的變化。

而基於量子的疊加態與糾纏特性,量子計算機被認為將是最具威力的量子信息應用。此次亮相的多光子可編程量子計算機,就是探索之一。未來,其超級計算能力的實現,將為金融分析、氣象預報、藥物設計等大規模計算提供全新的方案。量子計算機還可以通過“模擬”,來解決科學研究中的一些未解之謎。

量子計算機到底有多牛?看超強計算如何顛覆我們生活

5月3日,中國科學技術大學陸朝陽教授(中)和學生們在中科院量子信息和量子科技創新研究院上海實驗室檢查光量子計算機的運行情況。

何時飛入尋常百姓家?——10年內有望“實用化”

量子計算機的問世,有助於解決現有計算機也難以解決的問題。

市場也已聞風起舞,截至5月3日收盤,神州信息、浙江東方、三力士等10幾隻“量子通信”概念股的股價均有上漲。

有業內人士表示,量子信息產業正處於萌芽期,未來顛覆力巨大。信息產業已成為各個國家重要的經濟支柱,產值以十萬億級計算。而量子計算有望憑藉顛覆式的計算能力、以及極低的能耗要求起到革命性的作用。安信證券稱,量子信息技術的兩大主流應用領域分別是量子通信和量子計算。其中,量子計算很有可能以其領先的數據處理能力,為人工智能的未來插上騰飛的翅膀。

“10年內,超導量子操縱有可能做到100個粒子。到那時,它對某些特定問題的計算能力就可以達到目前全世界所有計算能力之和的100萬倍,計算能力將會突飛猛進。”中國科學技術大學潘建偉院士說,此外量子計算機能耗更低。

專家認為,計算能力極限的大幅提升,意味著量子計算機可以分析更多數據。比如,實現精準的天氣預報,躲避颶風海嘯;計算優化的出行線路,讓城市減少堵車;識別有效的分子組合,降低藥物的研發成本和週期;甚至可以用於探索太空,較快辨別可能存有生命體的行星。

潘建偉說,量子通信可以從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字簽名等的安全性,從根本上解決信息安全問題。目前,量子保密通信已逐步進入產業化階段,成為未來保障信息安全的“護衛艦”。到2030年,或許人人家裡都有一個“密鑰機”;新的量子材料可以改變電池技術,成百倍地擴大電池容量……面對變幻莫測的量子世界,從“被動觀測”邁入“主動調控”,人們期待著量子科技開啟更美好的未來。

【浙江新聞+】

全球首條量子通信商用幹線全線接通

隨著上海段的漕河涇和大港2個量子通信中繼站啟用,全球首條量子保密通信商用幹線——“滬杭幹線”日前正式全線開通啟用,杭州與上海之間量子安全級別的音頻視頻、電話會議、文件傳輸等信息通訊,已經成為現實。

5月3日,中國科學技術大學陸朝陽教授(中)和學生們在中科院量子信息和量子科技創新研究院上海實驗室檢查光量子計算機的運行情況。

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有業內人士表示,量子信息產業正處於萌芽期,未來顛覆力巨大。信息產業已成為各個國家重要的經濟支柱,產值以十萬億級計算。而量子計算有望憑藉顛覆式的計算能力、以及極低的能耗要求起到革命性的作用。安信證券稱,量子信息技術的兩大主流應用領域分別是量子通信和量子計算。其中,量子計算很有可能以其領先的數據處理能力,為人工智能的未來插上騰飛的翅膀。

“10年內,超導量子操縱有可能做到100個粒子。到那時,它對某些特定問題的計算能力就可以達到目前全世界所有計算能力之和的100萬倍,計算能力將會突飛猛進。”中國科學技術大學潘建偉院士說,此外量子計算機能耗更低。

專家認為,計算能力極限的大幅提升,意味著量子計算機可以分析更多數據。比如,實現精準的天氣預報,躲避颶風海嘯;計算優化的出行線路,讓城市減少堵車;識別有效的分子組合,降低藥物的研發成本和週期;甚至可以用於探索太空,較快辨別可能存有生命體的行星。

潘建偉說,量子通信可以從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字簽名等的安全性,從根本上解決信息安全問題。目前,量子保密通信已逐步進入產業化階段,成為未來保障信息安全的“護衛艦”。到2030年,或許人人家裡都有一個“密鑰機”;新的量子材料可以改變電池技術,成百倍地擴大電池容量……面對變幻莫測的量子世界,從“被動觀測”邁入“主動調控”,人們期待著量子科技開啟更美好的未來。

【浙江新聞+】

全球首條量子通信商用幹線全線接通

隨著上海段的漕河涇和大港2個量子通信中繼站啟用,全球首條量子保密通信商用幹線——“滬杭幹線”日前正式全線開通啟用,杭州與上海之間量子安全級別的音頻視頻、電話會議、文件傳輸等信息通訊,已經成為現實。

量子計算機到底有多牛?看超強計算如何顛覆我們生活

記者從承建方浙江神州量子通信技術有限公司獲悉,這是繼去年10月浙江段開通後,“滬杭幹線”傳來的又一重大利好。總長約260公里的“滬杭幹線”,總投資1.7億元,途經上海秀浦路、漕河涇、大港、嘉興東、桐鄉、杭州6箇中繼站,它的啟用被業內視作量子通信產業化時代到來的標誌,同時拉開了量子通信產業市場化運營的序幕。

量子通信是迄今為止唯一被嚴格證明“無條件安全”的通信方式。在量子密鑰的分發過程中,每個信息都依靠單個光子傳送,不可分割,不可克隆,可以抵禦任何竊聽,進而保證用其加密的內容不可破譯。除了絕對的安全性外,量子通信還具有容量大、速度快等優點,代表了數據傳輸速度的未來方向,《“十三五”國家科技創新規劃》將量子通信列入15個新部署的重大項目之一。

目前,“滬杭幹線”的用戶是從上海到杭州沿線的政府、銀行、企業等,他們對數據保密傳輸有較高要求,藉此獲得安全性強、保密度高的專線數據服務。作為我國第一條商用量子通信幹線,承建方又是來自桐鄉的企業,“滬杭幹線”的建設有利於加快推動浙江量子通信產業化,打造形成量子通信產業集群,對推動浙江經濟轉型升級、搶佔量子通信產業制高點,培育高新技術產業及增長引擎具有極其重要的戰略意義。

“滬杭幹線上設有6箇中繼站,其中,上海秀浦路是一個預留接入口,將聯通科研性質的量子通信‘京滬幹線’。”浙江神州量子的技術總監喻斌告訴記者,接下來,“滬杭幹線”還將接入浙江更多的城市,最終形成滬杭廣域量子通信網絡,並與更多的地域幹線和主幹線聯通,逐步形成一張四通八達的量子通信大網。

(綜合央視網、中國證券網、西安日報)

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