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量子通讯卫星已经上天了,量子计算机普及还要多久?

尽管在我们一般人看来,传统的计算机到了今天机能已经足够强大了,但实际上它的发展已经开始陷入困境。既然传统的技术已经走到了极限,那么寻求突破,基于新的理论来研发计算机也就成为了迫切的需求。
  事实上这个概念早在 1969 年就已经被提出,即史蒂芬·威斯纳的“基于量子力学的计算设备”。不过它真正得到关注还是 1981 年物理学家理查德·费曼的演讲之后。他说,如果要用传统的计算机来模拟量子力学,那么微观粒子数量越多,计算量也就越大,也就越不可能实现模拟。费曼认为,要模拟量子力学,就必须要采用和它原理相同的方式。从此开始,量子力学开始和计算机科学联系在了一起。

量子卫星已经上天了 量子计算机还有多远?

  量子计算机之所以强大,简单来说是因为它的一个量子位可以同时处于 0 和 1 这两个状态,这是量子的叠加特性决定的。与此相比,传统计算机中的晶体管一次只能够处于 0 或 1 的状态。如此一来,如果要进行海量的运算,量子计算机在时间复杂度(指执行算法所需要的计算工作量)上就有了非常显著的优势。
  还是觉得很迷茫?可以看看量子计算机公司 D-Wave 联合创始人埃里克·勒迪辛斯基在一次会议上给出的形象比喻:假如图书馆里有 5000 万册书,而你要在某一本里的某一页上寻找大写的 X。即使你发了疯似的拼命,也只能一次一本书这样查看,任务几乎不可能完成。可如果有 5000 万个你同时去翻找,每个人各自去查看一本书,那任务就有可能及时完成了。传统计算机就是那个发了疯的你,而量子计算机就是那 5000 万个你。
  换句话说,传统计算机只能够按照时间顺序来处理任务,而量子计算机却能够做到超并行计算。N 个量子位可以同时表示 2 的 N 次方个状态,数据量呈指数增长。现有的超级计算机需要上千年的运算,可能量子计算机在很短的时间内就可以搞定了。

人类未来信息安全靠量子通信

当无人驾驶汽车正在行驶,远程指挥信号突然被截获、篡改怎么办?当你向家中的机器人发出无线指令,信号被破解、扭曲怎么办?在当前信息科技走向智能化、更深入人类生活的时代,“无条件安全”的量子通信出现正当其时。

   量子通信为何有这么大的“神通”?让我们从量子的概念说起。

   量子,是最小的、不可再分割的能量单位。我们中学物理书上学到的分子、原子、光子、电子,其实都是量子的不同表现形式。所以也可以说,我们的世界都是由量子组成的。而我们每个人,都是“24K”纯量子产品。

   与以牛顿力学为代表的经典物理世界不同,在微观量子世界,有着常人难以理解的运行法则。量子如同一个“小妖精”,具有量子态叠加、量子测不准、不可克隆、量子纠缠等匪夷所思的特性。世界著名物理学家、诺贝尔奖获得者玻尔曾说过:“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂。”

   首先是量子态叠加。在经典世界里,物体在某一时刻有着确定的状态、确定的位置,但量子却同时处于多种状态和位置的叠加。

   奥地利物理学家薛定谔曾用一只猫来比喻量子态叠加:箱子里有一只猫,在经典世界中它要么是活的,要么是死的。但在量子世界中,它同时处于生和死两种状态的叠加。量子又像会“分身术”的孙悟空,可以同时身处于花果山、五行山下和取经路上。

   但是,当有人打开箱子“看”薛定谔那只猫,它就变成一种确定的状态了,要么活,要么死。而当唐僧发出召唤:“悟空,你在哪里?”孙悟空就会确定的出现在一个地方。——这就是量子的第二个特性:“测不准”。也因此引申出量子的另一个特性:“不可克隆”,它的未知状态是无法被精确复制的。

   除了“分身术”,量子还会“心灵感应”:量子纠缠。如果两个量子之间形成了“纠缠”关系,那么无论相隔多远,当一个量子的状态发生变化,另一个量子也会“瞬间”发生相应变化。爱因斯坦曾把这一现象称作“诡异的互动性”。

   我国物理学家潘建伟曾用“量子骰子”来比如量子纠缠态。“如果有两个‘量子骰子’之间形成了纠缠态,我和北京的一个朋友各拿一个骰子,那么无论他怎么掷骰子,我在合肥都能立马猜出骰子掷出的数字。”他说。

   如果看到这里,你还是没有看明白。那不怪你,连爱因斯坦也对量子的特性“纠结”了好多年,为此和他的物理学哥们玻尔多次“撕逼”。

   可以说,量子的这些奇异特性,完全颠覆了人们对经典物理世界的认知。但从上世纪以来,这些特性已被科学界多种方法验证,也为基于这些特性开展创新应用带来了可能,比如量子通信

   在现在所处的信息时代,我们的信息传输加密主要依赖于算法,但无论算法设计得多么复杂,计算机总能通过“运算”来破解,只是耗时长短问题。

   但由于量子具有“不可分割”、“测不准”、“不可克隆”等特性,科学家近年来开发出了一种原理上绝对安全的量子通信。

   首先,由于“不可分割”,窃听者无法分割出“半个量子”进行测量;其次,因为测量必然会改变量子的状态,窃听者也不能截取量子后测量状态,因为这样窃听行为就会暴露;第三,因为未知的量子态是无法被精确复制的,窃听者即使截取了量子,也不能通过复制量子状态来窃听信息,得到的只能是“乱码”。

   就这样,量子通信可以从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全,从根本上、永久性解决信息安全问题。目前,量子保密通信已经步入产业化阶段,开始保护我们的信息安全。

   而今年8月16日凌晨发射的量子科学实验卫星,将在更辽远的太空层面对量子特性进行检验。卫星将发出一连串的量子信号,由地面上的实验站进行接收和解码。这也是人类历史上首次尝试在太空进行量子通信,如果取得成功,意味着建设全球化的量子通信网络在技术上成为可能。

   按照中国的规划,未来还将发射多颗量子卫星。到2030年左右,建成一个全球化的广域量子通信网络。

   现在,信息科技深入我们的生活,几乎每个人都成为通信网、互联网上的一个节点,衣、食、住、行、学都离不开信息服务。信息科技还在高速发展,无人驾驶、机器人等将在可预见的未来进入我们的生活,新兴的量子通信也将成为保障信息安全的“护卫舰”。

量子计算时代离我们还有多远?

量子物理,是打开世界构成真相和未来的一把钥匙,但量子世界与我们通常肉眼可见的宏观世界截然不同,我甚至认为那些在没有实验支持下提出现代量子理论的科学家,是来自未来或者其他外星文明的穿越客。

在云栖大会上,我主要的精力都花国盾量子展台和相关的分论坛上,在写这篇文章之前又快速读了一遍《量子物理史话》,但严格来说,我对量子物理还是觉得很迷茫,这篇文章只能把真实的所见所感与大家一同分享。

量子通信已不再高冷 它将成为可信通讯的基石

在云栖主会场,当听到阿里云与国盾量子发布量子加密通信产品的第一反应,就是这进展也太快了,因为印象中阿里云与中科院共建量子计算实验室,仅仅是几个月之前,如此短的时间内不太可能有如此重大的技术突破,甚至已经到了产品发布阶段。

量子计算时代离我们还有多远?

当我在微信朋友圈刚发出这则质疑之后,立刻有媒体同行留言说在2层展台已经看到了相关的样品,而另一位资深科技记者马文芳老师则直接指出,量子技术在通信加密上的应用已经比较成熟,所以这次合作推出实际样品的概率也非常大。

我按同行的提示找到了国盾量子的展台,证实了我之前的质疑是错误的,量子计算和量子通信是两个截然不同的科学技术分支,他们的产业化、商业化进程也截然不同。

国盾量子展出的样品,主要是以GHz量子网关和量子加密设备,他们都是依托光纤作为数据传输介质,目的是为了解决量子态的长距离中继和传输。

据国盾量子的技术专家介绍,量子通信的原理是利用量子态的不可复制性,在通信光缆的两段用量子加密,信息若被截获或者复制,量子态被破坏后就会产生乱码,所以量子通信加密甚至被有些专家称为“绝对安全”的数据传输解决方案。

因为光纤存在固有的光子损耗、与环境的耦合也会导致品质下降,这会使得光量子难以进行远距离传送。如何远距离传输量子态,成为一项全球公认的科学难题。在量子通信领域,中国科学家做出了突出的贡献。

早在1997年,中国科学家潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作,完成了未知量子态的远程传输实验;经过十几年的不断探索,2012年,潘建伟领导的团队成功实现了百公里级的自由空间量子隐形传态和缠绕分发,为量子通信卫星的发射奠定了基础,相关科研成果得到了国际权威学术期刊《自然》杂志的重点介绍,并获得了高度评价。

依托这些科研成果,在十几年间中国的量子通信获得了快速的发展,而且已不再局限于城域范围的应用,量子通信有望成为中国通信骨干网络的重要信息保证手段。据潘建伟教授介绍,京沪干线千公里级广域量子通信主干网络预计会在2016年建成,而中国的量子科学实验卫星也有望在2016年发射,从而初步构建中国空地一体的广域量子通信体系。

从上述的介绍中可以看出,中国在量子通信在技术层面经过多年的积累,已经彻底走出了概念高冷的阶段,已经进入到了实际应用阶段。而阿里云与国盾量子的合作,则让量子安全通信产品落地在现实的公有云的应用之中。

据悉,阿里云量子通信产品已用阿里业务完成小规模测试,可实现到达、保密、组网、密钥分发的功能。今年,双方计划将合适的阿里业务切到量子安全域,进行规模化验证,而通过实际应用的考验,也会对量子通信的应用落地起到积极的促进作用。

可以预见,在不远的未来,量子通信有望成为信息安全网络建设的一个新利器,像高铁技术一样成为让海外市场心动的高科技拳头产品。

量子计算还需遥望,它距离实际应用还有很长的路

相比于提升信息传输安全性的量子通信,量子计算的前景就更让人心驰神往。参与中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室项目的中国科学技术大学陆朝阳教授,在10月14日做了一场题为《量子物理重塑互联网》的分论坛演讲,对量子计算的未来做出了令人振奋的描绘。

据陆朝阳教授介绍,量子因为叠加态的存在,所以它不是非0即1的两种状态,而是具有更多的状态,随着量子位(qubit)的提升,量子计算的能力会出现指数级的增长。量子计算机可以同时对2的N次方个数进行数学运算,相当于经典计算机重复实施2的N次操作。例如,求解一个亿亿亿变量的方程组,具有亿亿次计算能力的“天河2号”需要100年,而万亿次的量子计算机理论上只需要0.01秒就可以求解。

量子计算相当于重构了一个新的世界,从70年代IBM科学家R. Landauer及C. Bennett提出量子计算的构想,再到2007年2月,加拿大D-Wave公司推出16位量子比特的超导量子计算机,用于一些特定应用之中。但真正意义上的通用型量子计算机距离我们还比较遥远,D-Wave的量子计算机需要在接近绝对零度的工作环境中使用,量子计算所需要的算法不能在现有的电子计算机上模拟和验证;量子计算机需要利用量子相干性特性,但在现实之中,量子相干性极难保持,它在周围环境的影响下会导致消相性。

从量子态的控制、量子编码再到量子存储,目前还存在很多技术难题,所以我们距离真正体积小巧、成本低廉的通用型量子计算机还依然遥远。陆朝阳教授直言,中国在量子计算领域并不像在量子通信方面具有国际领先的技术优势。

中国企业应该养成对前沿科技“高消费”的习惯

通过在云栖大会上的学习,以及之后两天在网上恶补量子物理知识,我对量子通信已经实现落地公有云应用的进展深感振奋。

但就像著名科学家、量子物理理论重要的奠基任玻尔所言:“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂。”按照现有的知识储备,我无法对量子通信和量子计算的具体方案作出适当的评价,但对于量子技术对科技产业未来的影响,我还是非常乐观。

在冯诺依曼体系的现代计算机产业中,包括互联网的诞生,都得益于来自美国军方在财力、物力、人力上的对前沿计算的大力投入,这也使得美国掌握了信息产业的核心技术和资源,也孕育出了诸如IBM、英特尔、微软等全球性的科技巨头。

而中国在上一波计算机普及浪潮中,虽然努力追赶,但并未贡献太多能够真正能够影响世界的技术和产品。而在互联网时代,中国出现了阿里巴巴、腾讯、百度这样的世界级巨人,他们从体量到影响力,都足以与国外同领域的对手抗衡。

阿里巴巴与中科院国盾量子合作推出量子加密通信产品,在2015年7月阿里巴巴携手中科院共建立量子计算实验室,这都是从底层技术上抢占战略制高点的选择。

马云在云栖大会上谈到用消费提振经济时,用玩笑的语气说:“什么是消费,消就是可以消耗的东西,费就是可以浪费的东西,如果你不会把能够消耗的东西和浪费的东西做好,你就永远不会做出消费来。”

其实在我看来,企业在研发上持续的高投入,是一个企业真正的具有眼光和前瞻性的“高消费”行为。IBM、英特尔等国际科技巨头能够长盛不衰,最根本的一条就是坚持在底层技术和应用技术上的持续投入。

从现实的角度来说,量子通信可以快速与阿里云上的应用快速融合,从而提升阿里云的信息安全等级,但阿里巴巴在量子计算即便投入巨资,在短期内也无法产生直接的经济收益。

但如果没有前期的栽树育苗,哪有之后的绿树成荫?如果没有现在的投入,阿里巴巴也不可能有在量子计算时代领先的机会。阿里巴巴集团首席技术官王坚博士表示,“以前我们国家在科学技术发展方面在世界总是处于比较落后位置,我们总是在享受世界科技发展的成果。往往是我们遇到了问题,然后向世界去寻求答案。但这次是我们的一个机会,一个给世界一个答案的机会。”

在未来的DT时代,数据有可能是最重要的生产资料,而计算则有可能成为整个DT经济的主引擎。为了无法计算的价值,为了抢占DT经济的战略制高点,中国企业应该选择在研发投入上保持“高消费”的习惯,一方面加强自研实力,另一方面是与高校与科研院所合作。显然,这些科研投入不能够保证每一分钱都产生经济效益,但没有足够的经费冗余和成果积淀,则不会有中国企业在真正意义上实现世界范围的技术领先,中国企业在科研上的“高消费”可以来得更猛烈些。

谷歌推出量子计算机研制计划

谷歌周三宣布了一项量子计算机研发计划,以保持在计算技术方面的领先地位。这项计划旨在研制出基于量子力学原理、具有超高速计算能力的计算机处理器。通过这项技术,谷歌将能够在其产品设计中运用更多人工智能,以加快其产品的服务速度。
酷科技:谷歌推出量子计算机研制计划
这项计划将由谷歌的量子人工智能(Quantum Artificial Intelligence)研究小组来实施。谷歌在博客中透露,美国加州大学圣巴巴拉分校的一个研究小组也加入了这项计划。
谷歌去年的研发开支达到80亿美元。为了在互联网搜索和在线广告等市场保持领先地位,谷歌目前正在开发一些新的计算机技术。在科技行业中的一些人看来,量子技术是计算机进行海量数据分析的一种革命性方式。这种新技术对谷歌的主要业务尤其有帮助,对它的新项目——如联网设备和联网汽车——也是有用的。
“在一个硬件研发团队的协助下,量子人工智能研究小组现在能够落实新的设计并测试新的产品。”谷歌在博客中写道。
在整理和分析海量数据方面,量子计算机将具有比传统计算机更快的解决速度。谷歌量子人工智能小组成员马苏德•莫森(Masoud Mohseni)曾经与人合作撰写过具有领先学术水平的量子技术论文。谷歌也一直被视为这一新技术革命的领导力量之一。
此外,谷歌的竞争对手微软也在进军这个新领域,并建立了一个名为“量子架构和计算(Quantum Architectures and Computation Group)”的研究小组。

量子计算机内存有可能用石墨烯鼓做

荷兰代尔夫特理工大学的科学家发现用石墨烯薄片制成的“鼓面”,能够在光的作用下发生振动,根据这一原理能够检测到非常微小的位置和力度的变化,未来有望据此用石墨烯制造出具备超高灵敏度的传感器设备和量子计算机内存芯片。相关论文发表在近日出版的《自然·纳米技术》杂志上。
  石墨烯以其独特的机械和电气性能闻名于世,而最近荷兰的科学家们发现,这种神奇材料还具有一种独特功能。由于单层石墨烯只有一个原子厚,质量极低,因此研究人员设想能否用其制造出一面能够感受到微小振动的“鼓”。这面鼓的鼓面由石墨烯制成,敲击它的鼓槌则是以微波频率发射的光。
  领导这项研究的荷兰代尔夫特理工大学的维伯·辛格博士和他的同事用石墨烯在一个光力学空腔中对这一设想进行了验证。他们发现,在光力学空腔中,他们能够通过观察光干涉现象产生的图案,检测出物体位置及其微小的变化,精度能够达到17飞米(原子直径的一万分之一)。
  物理学家组织网近日报道称,实验中的光不仅有利于检测到鼓的位置,同时也能够向鼓面施加压力。来自光的推力非常非常小,但足以推动质量极小的用石墨烯制成的鼓面,让其发生位移。这意味着科学家们可以用光敲击石墨烯制成的鼓。根据这一原理有望制造出具备超高灵敏度的传感器设备。
  此外,科学家也可以用它来制造内存,这些微波光子能够将光转化为机械振动,并将其存储长达10毫秒的时间。虽然对人类而言10毫秒极其短暂,但对目前的计算机芯片而言这已经不少了。辛格称,他们的一个远期目标是通过这种二维晶体鼓来研究量子运动。
  辛格说,如果敲击一个普通的鼓,鼓面只会发生上下振动。而如果敲击的对象是一个量子鼓,将不仅能够通过敲击让鼓面发生振动,还能使其形成一种量子叠加状态:鼓面将同时既在上面也在下面。这种奇怪的量子运动不仅具有科学相关性,还能够在量子记忆芯片上获得应用。在一台量子计算机中,量子比特同时既可以是0也可以是1,因此其运算速度远远超过目前传统的计算机。石墨烯制成的量子鼓就具备这种能力,它能够在用与普通RAM芯片相同的方式来存储数据的同时,接收和存储量子计算机的量子计算结果。(王小龙)

钻石是量子计算机最好的朋友

 量子计算机是量子技术的巅峰。它的计算能力甚至可以远远超越我们现在使用的最快的普通计算机。奥地利维也纳理工大学、日本国立信息技术研究所和日本NTT基础研究实验室的科学家现在正在开发一种新的量子计算结构,其基础是钻石中的微小瑕疵。一台能够解决复杂问题的可靠的量子计算机中,必须有几十亿个量子系统,我们现在还制造不出这样的设备。但是研究人员相信,与以前提出的量子计算概念相比,他们最新提出的这种结构中的一些基本元素,更适合被微型化、大批量生产和集合成芯片。维也纳理工大学正在准备测试这种新的量子计算结构。

  科学家已经尝试了几十年用量子系统进行逻辑计算。维也纳理工大学的Jorg Schmiedmayer说,“在普通计算机里,一个字节可以储存一个数字:0或1。但是在量子物理允许态叠加。一个量子字节可以同时处于0的状态和1的状态——这为计算开启了难以置信的可能性。”

  这种叠加态可以在各种不同的量子系统中实现,比如被电磁陷阱捕捉的离子。而这次研究提出的新结构则不同:可以处于两种不同旋转态的氮原子被注入一小块钻石里。每个氮缺陷都会被捕捉到由两面镜子制成的光学共振器里。通过光纤,光子将与由共振器、钻石和氮原子构成的量子系统结合。通过这种方式,科学家可以读取和影响量子系统的状态,但是不会破坏钻石中的回旋的量子特性。

  每个量子系统都是由镜面、钻石和一个氮缺陷构成的,可以储存一个量子字节的信息——0、1、或二者的任意叠加。但是,这样的量子字节通常是不稳定的。要制造一台能够可靠工作的量子计算机,必须有纠错程序。“如果使用了纠错程序,一个量子字节就不能再储存在单一一个量子粒子中了,量子系统之间必须有一个比较复杂的相互连接的结构,”维也纳理工大学的Michael trupke说。

  研究人员计算了如何对共振器、钻石和氮原子进行组合,才能创建一个抗错的二维量子系统,即所谓的“受到拓扑保护的量子计算机”。根据计算,大约需要45亿个这样的量子系统,才能完成“shor-2048”这样的计算,也就是计算一个2048位的数字的质因数。

  在任何一台量子计算机结构中,都需要如此多的量子元素,无论使用的是离子陷阱、超导量子字节还是钻石中的氮螺旋。“我们的方法有一个重大的优势,就是我们知道如何使这些元素变得更小。这个结构有巨大的微型化和大批量生产的潜力,”Michael trupke说。“整个行业都在使用钻石,而材料科学的发展非常快。虽然现在还有很多障碍需要克服,但是将氮螺旋结合到固体材料中去的想法,为我们打开了一条新路,使我们最终能够制造出量子计算机。”

  trupke把现在的量子计算状态比作电子计算机刚出现的时候,“最早的一批晶体管制造出来的时候,没有人能想到把几亿个晶体管放到一个小小的芯片里。今天,我们就把这样的芯片放在口袋里。这些钻石中的氮螺旋就像普通计算机中的晶体管一样。”

  在维也纳理工大学,研究人员已经开始小规模地实现这种结构。“我们具有巨大的优势,很多在材料科学和量子技术方面享有国际声誉的研究人员就在维也纳理工大学工作,我们有幸能与他们合作,”Jorg Schmiedmayer说。

  要在量子计算机上完成shor-2048这样的计算,可能还有很长的路要走。但是科学家相信,只要结合大量的量子系统,这个目标是有可能在未来几年内实现的。“一旦实现了这样的目标,量子计算机的生产规模就会迅速扩大,”日本国立信息技术研究所的Kae Nemoto说。“这都取决于我们能否实现量子技术的大规模生产和微型化。我觉得没有任何物理学的原理会阻碍我们实现这个目标。”

一个原子+两个光子=量子计算机开关

一种利用单个原子改变单个光子运动轨迹的新技术将有望用于量子计算机,使其拥有当今电脑无法比拟的强大功能。

本周,来自于以色列雷霍沃特的魏茨曼科学研究所(the Weizmann Institute of Science)的研究人员,在《科学》(Science)杂志网络版上发布了一种量子计算机的新式工作原理。简单来说,原子可以处在左旋或右旋的状态,如果原子处在左旋的状态,从左侧穿过的光子能够径直穿过原子,而不改变运动轨迹,如同原子不存在一样。然而,如果光子来自右侧,将/则会被反射回去。同时,相互作用可以使得原子的状态从左旋变为右旋,而“左”、“右”状态可以代表1和0的数字逻辑。
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微软押注量子物理,志在制造出全新的电脑

理论上说,量子计算机应该能够完成今天的传统计算机不可能完成的计算,但是这样的计算机还从未制造出来。

微软的研发主管在6月9日表示,公司正投入大量人力和资金研发量子计算机的基本元件,希望能制造出一个切实可用的版本。

在旧金山举办的麻省理工《科技评论》数字峰会上,彼得·李将微软的这个计划比喻成贝尔实验室在1940年代的研究,当年正是那项研究产生了硅晶体管,成为了今天所有计算机的基础元件。“我们希望制造出能与晶体管相提并论的设备。”李说。

李在一次采访中告诉麻省理工《科技评论》,微软之前对这个量子计划相当低调,现在有了一些积极成果,他觉得可以披露一些消息了。“我们此前之所以有所隐瞒,是因为这个计划在当时还显得另类。可是现在,物理学界已经对我们相当认真了,”他说。“我们也是在相当认真地开展着量子物理研究,而且还在增加投入。”

微软在加州大学圣塔芭芭拉分校建立了一座专门研究量子计算的实验室,取名“Q站”(Station Q)。它还一直在向全世界的实验室发放款项、捐赠工具,用以协助研究。

理论上说,量子计算机应该能够完成今天的传统计算机不可能完成的计算,但是这样的计算机还从未制造出来。加拿大的D波系统公司(D-Wave Systems)号称自己出售的几台机器是量子计算机,但是专家认为,还没有决定性的证据可以证明他们利用了量子原理、并胜过了传统计算机。

眼下微软还没有开始建造量子计算机,他们的研究目标是开发出可靠的量子比特,也就是量子计算机的基本元件。 

就像晶体管之于传统计算机,量子比特也可以在表示1和0的状态之间切换。不仅如此,它还可以根据量子效应产生“叠加态”,也就是同时为1和0的状态。有了这个特性,量子计算机处理数据的速度就会比传统计算机快许多倍。 

此前的研究者已经制作出了不同类型的量子比特,甚至还用少量量子比特实施了基本的运算。不过这些量子比特都没有能够维持可靠的叠加态,用它们制造任何尺寸的计算机都是不可行的。李也表示:“我们认为目前的几种方法都是绝对不会成功的。”

微软的研究集中在一种所谓的“拓扑量子比特”(Topological Qubit)上,根据理论,这种量子比特能够以一种更加保险的方式编码数据。

量子技术重塑人类军事力量

OFweek光学网讯:地球人的基础科研因为被三体文明封锁,无法开发出量子计算机,在与三体人宇宙探测器“水滴”的首次接触中,人类宇宙舰队的传统弹道计算模式完全跟不上“水滴”的疯狂节奏,从而遭遇了“水滴”一边倒的屠杀。

  量子信息技术,因其建构于颠覆性堪比相对论的基础理论——量子力学的地基之上,从而极富科幻气质。或许,正如相对论造就了核动力与核武器,量子力学所造就的量子计算机、量子通信和量子密码,将从信息科技的维度重塑人类的军事力量。

  事实上,如今量子技术已经从实验室演示性研究迈向实际应用。我国在量子技术方面与发达国家处于同一起跑线上,尤其在量子通信的若干领域,还领先于其他国家。

  制空权理论的建构者、意大利人杜黑有句名言:“胜利只向那些能预见战争特性变化的人微笑。”战略博弈的赢家,只能是那些见一叶而知天下秋,并立即未雨绸缪、付诸行动的睿智者。

  量子计算机:

  4分钟破解现有密码体系

  由于量子态的可叠加性,在信息长度都为N时,量子位的存贮容量是传统信息位的2的N次方倍,量子计算的速度是传统计算速度的2的N次方倍。

  据军事科学院作战理论和条令研究部博士后袁艺介绍,从理论上讲,一个250量子比特(由250个原子构成)的存储器,可能存储的数达2的250次方,比现有已知宇宙中全部原子数目还要多。

  “传统计算机采用单路串行操作,而量子计算机采用多路并行操作,它们运算速度的差异,就如同万只飞鸟同时升上天空与万只蜗牛排队过独木桥的区别。”袁艺表示,量子计算机凭借极其强大的并行计算能力,可以轻易破解基于数学问题的经典密码体制。

  据悉,攻击现有密码体系,经典计算要算1000年,而量子计算机只需花不到4分钟时间。因而,有科学家宣称:“没有量子计算机的国家与拥有它的国家打仗,就像一个瞎子和一个明眼人在打架。”战争结果如何,一目了然。

  因此美国将量子芯片研究计划命名为“微型曼哈顿计划”,将其意义提高到几乎与二战时期研制原子弹的“曼哈顿计划”同等的高度。

量子通信:

  跨越时空障碍的完美通信

  与量子计算机相比,量子通信其实更令人不可思议——信息在两位通话者之间的传输根本不需要时间,完全同步,无论这两人相隔的距离是100公里、100万公里,还是100光年。它的速度是无穷大,远远超越了光速。

  不可思议的量子通信,正是基于不可思议的“量子纠缠态”。

  所谓量子纠缠,是指在微观世界里,有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系,不管相距多远,只要一个粒子状态发生变化,立即使另一粒子状态发生相应变化。

  除了“最快”,量子通信还优点多多。与它相比,现有的无线电通信简陋得像是刀耕火种时代的旧物。

  “量子信道中光量子的信息效率,比传统信道高几十倍。而且,量子通信没有电磁辐射,任何无线电探测系统都对量子通信无能为力。”在袁艺看来,量子通信在现有理论环境中实现了“绝对隐身”。

  超大信道容量、超高通信速率、顶级隐蔽性与绝对实时性,与要求苛刻的军事通信简直是“天作之合”。显然,量子通信技术在战场上有着无与伦比的灿烂前景。

  量子密码:

  偷窥者不仅看不懂,还会被发现

  有矛必有盾。当量子计算机颠覆传统密码体系时,量子技术也为信息安全提供了一个守护神,那就是一种理论上无法破解的密码——量子密码。

  中科院院士、全国量子光学专业委员会主任郭光灿对此解释道,按照量子力学中的海森堡测不准原理,量子态是无法复制的,采用量子态作为密钥便无破译的可能,即使攻击方具有无限计算资源,从而实现了“绝对安全”。

  资深的科幻迷都知道,量子态的一大神奇之处,是一旦出现了观测者,其状态便会发生改变。因此,对量子通信的窃听行为,就会改变光子的状态,进而通信双方就会意识到遭到了“偷窥”。这样,我方就可取消信息的发送,或改为发送假情报,实现对敌欺骗。

远距传物研究获重大突破:未来有望远距传人

《星际迷航》中的远距传物室。科学家表示没有任何物理学定律禁止远距离传输包括人类在内的大型物体。换句话说,《星际迷航》中的远距离人员传送技术将在未来的某一天成为现实。
荷兰科学家证明在两个距离3米的点之间传输编入亚原子粒子的信息具有可行性,可靠性可达到100%。在研制类似互联网的超快量子计算机网络的道路上,这一研究突破具有非常重要的意义。量子计算机的运算能力远远超过当前最快的超级计算机。  荷兰科学家证明在两个距离3米的点之间传输编入亚原子粒子的信息具有可行性,可靠性可达到100%。在研制类似互联网的超快量子计算机网络的道路上,这一研究突破具有非常重要的意义。量子计算机的运算能力远远超过当前最快的超级计算机。
  新浪科技讯 北京时间6月3日消息,据国外媒体报道,科学家表示没有任何物理学定律禁止远距离传输包括人类在内的大型物体。换句话说,《星际迷航》中的远距离人员传送技术将在未来的某一天成为现实。科学家之所以如此信心满满是因为他们在远距传物研究方面取得重大突破。在一项实验中,他们证明可以将一个原子传输3米,精确度可达到100%。

  实验负责人、荷兰代尔夫特理工大学的罗纳德-汉森教授表示:“我们传输的是一个粒子态。如果你相信人体是无数原子以一种特定方式聚合在一起的产物,那你就会相信在将来的某一天,我们便可将人员从一个地方传送到另一个地方。虽然在实践中很难做到这一点,但这并不意味着不可能,因为这种传输并不违反任何基本的物理学定律。不过,远距离人员传送将在非常遥远的未来才能成为现实。”

  汉森的研究小组第一次证明在两个距离3米的点之间传输编入亚原子粒子的信息具有可行性,可靠性可达到100%。在研制类似互联网的超快量子计算机网络的道路上,这一研究突破具有非常重要的意义。量子计算机的运算能力远远超过当前最快的超级计算机。远距传物利用的是粒子纠缠在一起后产生的奇特现象,即一个粒子的状态会立即影响另一个粒子,不管它们相距多远。举例来说,如果一个粒子朝上旋转,与之纠缠的粒子便朝下旋转。理论上说,即使两个粒子处在宇宙的两端,这种现象仍旧存在。

  爱因斯坦不相信存在纠缠现象,将其称之为“鬼魅般的超距作用”,但科学家已经多次用事实证明这种现象的确存在。研究发现刊登在《科学》杂志上。汉森表示:“量子远距传物的主要应用就是量子版互联网,打造一个全球性网络,用于传输量子信息。我们证明这种想法具有可行性,我们的每一次尝试都取得成功。我们的研究成果为打造未来的量子互联网打下了第一个坚实基础。量子互联网的一个最现实的应用就是确保通讯安全。这种通讯方式是将纠缠作为你的通信信道。如果以这种方式进行信息传输,任何人都无法窃取,可以做到百分百安全。”

  汉森等人计划在7月进行一项更雄心勃勃的实验,在代尔夫特理工大学的两座建筑之间进行远距传物。这项实验将颠覆爱因斯坦对远距传物的否定,证明以光速在纠缠粒子之间进行信号传输具有可能性。汉森说:“我相信这项实验会取得成功。不过,这种实验面临巨大的技术挑战,这也就是为什么一直以来没有人进行这种实验。”(孝文)