科技:量子技术大神陆朝阳称中国在量子通讯领域处于全面领先地位(2)
如果说这只猫可以处于量子状态的话,那么它可以既是死的也是活的。前段时间网上出现了一个“薛定谔猫”的翻版,叫做“薛定谔的滚”(当一个妹子叫你滚的时候,你不知道她是在叫你滚还是叫你过来抱紧。此时的你应该处于一种又抱又滚的量子力学状态)。
这个例子或许可以更加通俗的解释,为何量子可以同时处于两种自己无法分辨的状态,虽然并不是那么准确。
前面讲的是只有一个粒子、一个量子的情况。如果我们有两个的话,那么另外一种非常奇妙的现象就出现了,这个叫量子纠缠。
爱因斯坦把量子纠缠称为“遥远地点之间的诡异互动”,这是什么意思?举个例子,比如说我们通过某种方式把两个骰子制备成量子纠缠,我拿其中一颗去到欧洲甚至更远的地方,那我跟另一颗骰子之间可谓相隔了千山万水。
然后,我在欧洲扔这个骰子,如果数字显示是1,那么另外一个骰子数字必须是1;如果我扔的是3,另一个也是3;扔了6的话另一个也是6。就是说,他们之间有一种非常诡异的互动行为。
第二次量子革命
最近30年,得益于实验物理学的一些重要进展,比如说激光的发明等,使得我们现在可以在实验室里真真切切的隔离出一个原子和一个光子。然后,我们可以对它们进行一些操控,就像指挥一个交响乐团那样。比如,让这个原子拉小提琴,让那个原子打鼓。
这些技术就引发出前段时间欧盟发布的白皮书里所称的“第二次量子革命”。它带来的一些新技术,可以突破目前经典信息技术的一些瓶颈问题。比如说信息安全、超快的计算机等等。
接下来,我会根据量子物理的原理来为大家简单的解释几种技术。
首先是量子通信技术。我们今天所使用的光纤网络,其实都是可以被窃听的,因为它有几亿个光子、几个亿电子,你总是可以把它分出一点点来窃听它的状态。
而量子是一个最小的单位,所以无法对它进行分割,若是我们用单个光子来做信息传输,那么就没有人可以从中分出一点去窃听。理论上,量子保密通信是一种无条件安全的通信方式。
有人说,那我就不分割,我就在通道上测量一下,但是这也不行。因为,任何观测都会不可避免地影响到物理状态。正是这样一些基本的量子物理原理,保证了如果有人来窃听必会被发现,也因此确保了信息安全。
目前在量子通信的研究领域,我所在的中国科技大学潘建伟老师的团队,在国际上处于全面领先的地位。前几年英国《自然》杂志曾撰文称,中国在量子通讯领域已从十年前不起眼的国家发展为现在的世界劲旅,领先欧洲与北美。
去年8月16号,中国在世界上发射了首颗量子通信实验卫星(传送门 | 为什么中国率先搞定了量子通讯卫星?),入选了英国《自然》杂志评选的“2016年度国际重大科学事件”,以及《科学美国人》评选的“2016年改变世界的十大创新技术”,这也是唯一一项北美之外的入选技术。
目前我们的量子通讯处于一个发展基础设施的阶段,为了以后更好的成长,我们要把基础搭建好。就像大哥大还没有非常普及之前,我们要把基站网络都建好。
比如说从北京到上海的基础网络已经建好了,在未来3到5年,我们可能就可以发展出一个天地一体化的量子通信网络,形成下一代的“量子互联网”,用来保障国家安全,同时还可以惠及手机银行支付,网银等等一些应用,这是量子物理可以给我们带来的最实用的方面。
量子计算的价值
第二个大家可能非常感兴趣的技术叫做量子计算。我们都知道,计算基本单元叫做一个比特,或者叫做0或1,它每次只可以处于一个状态,要么1要么0。
但是,量子其实是可以多种状态同时存在。也就是说,我把左边的狭缝定义成0,右边的狭缝定义成1,做一个逻辑比特,它可以0和1同时存在,也即一个量子比特可以有两种状态同时存在。那么,如果有两个量子比特,它就可以有4种状态同时存在;如果我有10个的话,它就可以有1024种状态同时存在。
如果同时存在这么一个寄存器,那我可以将函数f(X)的X,从0到1024同时算出来,有人觉得可能这也没什么了不起,不过就是一个并行计算。但是,当这个量子比特的数目变得非常多,比如说50个量子比特时,2的50次方状态同时存在,那是一个非常巨大的数字。
