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院士智慧堂实录节选

来源: 深圳作者: 黑匣子速记类型: 其他发表: 2024-12-09 浏览:

从下往上分子组装，掌握了搭建世界每一块积木。我就可以从对于量子规律被动观测和应用变成对量子状态主动的调控和操纵，这样有两个应用，量子通讯，无条件安全通讯方式，可以提供非常超快计算能力，这都是跟量子叠加紧密相关。第一个就是量子应用，量子密钥分发，原理很简单，单光不可分割。第二方面，拿走了能不能复制一份呢？量子不能克隆，复制不出来。必然导致干涉条纹消失。从这种角度讲，窃听必然被发现，保留安全的密钥就可以实现加密内容不可破译的通讯方式。所以原理是基于物理学原理无条件安全。
另外我们也可以利用量子纠缠，把一个量子态从一个物体传送到另外一个物体。比如说我在上海有一个微观的课题，有几千几万个原子组成，如果上海和北京之间有一些很多纠缠态，我要把上海体系传到北京，我可以把上海要传送的客体和纠缠的体系做一个测量，测量完后把测量结果通过无线电台发送到北京，北京只要对操作，我就可以把上海体系重新制备出来。
这里有几个问题，它是不是瞬间移动？不是的。要把北京那个变成跟上海的一样，要等待上海的测量结果，所以是光速传过来。它是复制品吗？也不是。在上海测量过程中没有试图得到上海体系任何信息，所以它本质上是一个量子态传输的结果，不是一个复制品。但这个东西能不能送人？不知道。因为可能会受到热力学定理的限制，但是几百个、几千个几万个原子的状态，只要操作足够快，就可以在网络里传来传去，这样操作就构成量子计算机基本单元。根据信息在网络里可以走来走去，就可以利用量子叠加、量子定型性进行量子计算处理。经典世界，量子可以四个状态同时存在，随着比特越来越多，叠加性指数增长。这样就可以设计相关的算法，这些算法就比如说可以分解大数，如果造出来的话，目前公钥加密算法就受到威胁。同时可以用于人工智能等等。量子通讯目标是要更大范围内实现安全信息传输，它的发展路线一个是光纤来实现量子通讯网络，城际。通过卫星中转实现远距离量子通讯，在这块我们中国科学家有很多好的贡献。
这个路径慢慢开始的，07年可以把通讯安全距离拓展到100公里，到08年一个小型的网络，2012年一个规模化网络投入永久使用，最后慢慢局域网一个一个连起来，就变成现在的京沪干线。将来最终要解决这个问题要用量子中继，目前大家正在研究过程中。在更广域网络我们就需要所谓的量子卫星，量子卫星2016年8月发射，有三大任务，做相关工作总是需要实用价值，实现了大概目前每秒钟点对点送10万个安全密钥，随后用卫星做可信中继也可以做更广距离保密通信。另外也实现了德令哈到乌鲁木齐、德令哈到漓江1200公里量子纠缠分发。另外我们也做了刚才所说的千公里量子隐性传态，2017年完成了相关工作。这个事件在某种意义上来讲是国际量子信息试验界两个重大标志性事件，有了这个事件之后，国际上从17年开始欧盟启动了旗舰计划，美国启动量子计划，所以全球这个东西开始热起来了。最近我们又做了一个比较有意思实现，用量子纠缠做密钥分发，这个东西好在什么地方？在这个试验里，如果卫星由美国制造，只要最后发现贝尔不等式或缺，密钥它的安全性也是可以得到保证。
到底有没有基础研究价值？我们基本任务完成后，我们说我们能不能用量子卫星来做一些跟广义相对论、跟引力相关结合的工作。在目前理论里它的困难在于理论模型检验是需要极端的试验条件，极小空间尺度，极高的能标。后来有科学家提出新的引力模型，如果根据他的理论在微笑空间里面它的因果性是不成立的，在这种情况下，引力会导致量子纠缠回馈，2018年我们做了一个试验，至少在现有精度下把它的模型验证是不准确的。后来他们又改进了模型，进一步把改进模型否认的话，大概需要万公里左右纠缠分发，从基础问题出发最后有实用价值，最后技术发展又蒙为基础物理检验做一些相关工作。
最后简要讲一下量子计算的发展。有三个阶段，刚才高老师讲到第一步就是谷歌实现，量子优越性，他们叫量子霸权。就是要针对某一些特殊问题造出一台机器，这个机器要比目前计算机算得快，大概需要比特数大概是50个左右。第二阶段我们希望能够操作400、500个量子比特一种专用量子模拟机，就可以对超导机制、材料设计，解决实实在在问题。当然一个更远的20、30年未来，也许我们能够造出一台可编程的通用的量子计算机，这个就是我们需要各种体系来开展相关的工作，比如说在座学期困教授做拓扑量子计算、像我们做什么呢，我们做超导、光、超能原子，2019年有另外一个让大家感觉比较兴奋的一个标志性事件，谷歌10月23日率先实现量子优越性，他能够操纵53个超导量子比特，他说他的工作2000秒内做完的工作，目前用世界排名第一的定点计算机大概需要算1万年左右，后来IBM说如果有足够内存的话，改进算法的话，用经典超级计算及只需要几天就可以，不管怎么说至少按照目前结果，确实比超级计算机算得快了。最近我们做了相当于48个量子比特的结果，今年可以实现50个光子相关操纵，大概也能达到量子优越性。我们技术途径跟谷歌的不一样，谷歌用随机线路采样，我们用波射取样，大约能比顶点计算机快1亿倍左右，我们希望今年6到9月份完成相关任务。超导计算机方面我们确实跟谷歌相比还是有一定差距，最近我们已经达到了24个超导量子比特，希望今年底达到60个量子比特，也能达到谷歌去年相关的结果。
有了这个结果后，我们下一步要干什么呢？我们希望真正像费漫来所真正解决物理学、化学、材料学很重要的本来解决不了的问题，这个大概要操纵几百个粒子的系统，目前已经有很好进展了。我们已经能够大概实现100个甚至几百个原子的纠缠，这样在一些模拟问题里面大概就能够达到全世界计算能力总和100万倍，保证各点只有一个原子，拿相机就可以操纵两两原子之间相互作用。在这个之前我们已经有比较好的结果了，比如利用模拟手段可以把理论上算不清楚，在试验上可以测出来，去年有一个结果，利用量子模拟可以获得包含有49个电子强关联体系超高精度。我们未来会怎么样呢？在量子通讯方面我们会结合我们星地一体广域量子通讯技术在空中搭建一个光中，10晚年误差大概不超过1秒，也可以提供引力波探测新途径，从而揭示更加丰富的天文想象。我们希望将来在地球和月亮之间有一个小的量子光源载荷，月球上有一个空间地面站，就可以在地球和月亮之间参与检验。
经典计算机是绝对论的，里面每一个比特信息都是确定的，可以复制的，如果里面软件一样、硬件一样、里面信息一样，理论这两个没有任何区别。这个就像经典人工智能或者目前近期可以期望的机器人。但是量子力学第一次把量子力学与意识联系在一起，科学家有一个预测，量子计算机可能跟人类大脑会有一些相通。最后我愿意引用姚先生前年在上海的演讲，他说可不可以这么理解，人工智能是一个软件技术，量子计算是硬件技术，当把人工智能和量子计算机结合在一起的时候，其实是我们人类自己生出来一个废生物体的小孩，这个小孩某种意义上可能比我们变得更聪明，甚至能够理解、甚至可以超越人类的智慧。（院士智慧堂实录节选）

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