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到底能引领人类走多远,华南科学论坛

2020-05-15 06:57

讲座结束后,陈十一校长邀请提问的同学一同上台与潘建伟院士合影。现场气氛热烈。

中国科学院院士、中国科学技术大学教授 潘建伟院士

量子是构成物质的最基本单元,由于具有相干叠加特性,可以产生“量子纠缠”,因而与相对论一起,带来了第二次科学革命

2016年,随着全球第一颗量子科学实验卫星——墨子号发射成功,实现信息“绝对安全”的梦想又向前迈进了一步。“去年,千公里级量子密钥分发速率达到1kbps,比同距离光纤提高20个数量级;现在,每秒钟可以稳定分发十万个密钥甚至几十万个密钥。”潘建伟说。

潘建伟教授将经典世界和量子世界形象的比作世界的分身术。而量子科学的发展也从宏观现象的被动观测起步,到爱因斯坦提出相对论,建立量子力学,引发了第一次量子革命,导致现代信息技术的诞生。也许,好莱坞大片中的时间旅行、星际穿越不久后真的可以变为现实?

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潘建伟打了个比方:一个代表团从北京到法兰克福去访问,如果在飞行途中睡着了,不知道是途经莫斯科还是新加坡,到北京时,他们会觉得“又冷又热”,感觉好像同时穿越了两条路线。但如果飞行途中一直睁着眼睛去看,或者有仪器测量,那么检测到的状态是飞机只会处于一条航线上,代表团抵达北京时要么感觉冷,要么感觉热。

“所以,尽管我们对牛顿力学非常满意,但对其中蕴含着的决定论,仍持有异议。”潘建伟说。

量子,是物质构成的基本单元,是能量的基本携带者;量子的发现,颠覆了人类对微观世界的认知;量子研究,突破了信息与物质科学技术的经典极限;量子应用,实现了计算机能力的飞跃与无条件的信息安全;量子,对于我们的日常生活来说,这么近,又那么远。未来,量子将怎样彻底改变人类的生活方式?

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大数据时代,人类对计算能力的需求与日俱增。然而,目前人类拥有的计算能力还相当有限。例如,集全世界计算能力的总和都无法在一年内完成对280个数据的穷举搜索。与此同时,随着晶体管的尺寸逐步接近纳米级,晶体管的电路原理将不再适用。而通过超大规模处理器集成的超级计算机由于能耗惊人,也面临着发展模式不可持续的难题。以AlphaGo为例,下一盘围棋需要消耗10吨煤产生的电量。

潘建伟院士

未来论坛是一个承载人类科技梦想,用科技改变世界的公益平台;一个连接前沿科技,解读未来趋势的思想平台。

“所以,尽管我们对牛顿力学非常满意,但对其中蕴含着的决定论,仍持有异议。”潘建伟说。

量子通信不是唯一应用。

2016年1月,国家自然科学奖一等奖迎来最年轻得主:45岁的中科院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟教授。2015年底,英国物理学会新闻网站《物理世界》评选出的2015年度国际物理学十大突破公布,潘建伟和陆朝阳因首次实现同时量子隐形传输一个基本粒子的两个内秉属性的工作入选,并位列榜首,这也是在中国本土完成的工作第一次获此荣誉。

在随后的提问环节中,量子力学给当今世界带来的哲学理念和社会运行机制的冲击成为了在场听众最关注的环节。在座的未来论坛咨询委员会委员朱云来先生向潘建伟院士询问了关于量子隐形传态的问题:“我们在隐形传态中传输过去的究竟是一种状态,还是能量或者物质?”

根据经典物理学,一个客体的状态就像最简单的二进制开和关,只能处于开或者关中的某一个状态,即要么是0要么是1,这就好比一只猫,要么是生要么是死,不能同时“又生又死”。但这一理论并不适用于量子世界。“比如在量子世界,一个氢原子的状态,可以是激发态和基态的相干叠加,可以0和1状态同时共存。”潘建伟举例。

不过,要在现实条件下实现远距离的量子通信,并非听起来那么简单。量子信号因为不能被复制,所以不能被放大,信号会随着传输距离的拉长,变得越来越弱。比如,长度为1200公里的商用光纤中,即使有每秒百亿发射率的理想单光子源和完美的探测器,也需要数百万年才能传送一个量子比特。这样的传输速率显然不适于远距离传输。

潘教授提到,信息科技进一步发展面临两大重大问题:计算能力瓶颈和信息安全瓶颈。量子力学在百余年的发展过程中,已经为解决这些重大问题做好了准备。潘院士为我们简单介绍了量子科学和量子的特点。量子是构成物质的最基本单元,是能量的最基本携带者,是不可分割的。同时,量子客观的状态会被测量所影响,所以是测不准的。爱因斯坦曾经说量子纠缠是遥远地点之间的诡异互动。

潘建伟院士还就量子通信和量子计算领域的前沿进展,国际上的竞争态势,以及中国量子信息科技发展的近远期目标进行了详细的介绍。目前,我国已经掌握了实用化城域光纤量子通信网络的技术,并在国防、政务、金融等领域的信息传送保障方面得到多次应用。量子计算方面,在经典信息领域一直扮演追赶者角色的中国也已经在世界上占据了一席之地。“经过将近十年的努力,我国在量子通信方面已经取得了一定的优势。随着京沪量子通信干线的建成和量子通信卫星的即将发射,在这些领域我们是领先于欧洲和北美的。”潘建伟院士说。

可期的未来

“叠加原理认为,一个量子客体可以处于不确定的状态,也就是说在测量之前,连上帝都不知道,观测者的行为还可以影响体系的演化。这种颠覆性的认知和相对论一起,带来了第二次科学革命,进而催生了新的产业变革。”潘建伟说。

2016年5月17日下午,由我校和澳门大学合办的华南科学论坛第二期讲座在我校一科楼报告厅开讲。本次讲座邀请到中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士潘建伟教授,为我校师生作题为量子飞跃神话&哲学&互联网与未来的报告,带我们走进量子的神奇世界。讲座由我校陈十一校长主持。

官网:www.futureforum.org.cn

上世纪初,归功于普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡等众多杰出科学家的共同努力,又一扇科学之门徐徐打开。到底是什么改变了牛顿力学的基本观念?其中一个就是量子力学。量子是构成物质的最基本单元,是能量的最基本携带者,不可分割。所有人们所熟知的分子、原子、电子、光子等微观粒子,都是量子的一种表现形态。

上世纪初,归功于普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡等众多杰出科学家的共同努力,又一扇科学之门徐徐打开。到底是什么改变了牛顿力学的基本观念?其中一个就是量子力学。量子是构成物质的最基本单元,是能量的最基本携带者,不可分割。所有人们所熟知的分子、原子、电子、光子等微观粒子,都是量子的一种表现形态。

谈到我国的量子科学发展情况,潘教授不禁露出自豪的神情。构建广域量子通信体系、建设量子通信京沪干线、即将发射的量子科学实验卫星……都极大地提高了我国的国际影响力。

“作为一个人,你被传输到目的地之后,仍是独一无二的。”潘建伟院士说道。

“量子通信克服了经典加密技术内在的安全隐患,因为其安全性不依赖于计算复杂度,这是原理上无条件安全的一种通信方式,一旦存在窃听必然被发现。”潘建伟称。

潘建伟表示,以量子信息技术为代表的第二次量子革命,一定会带来人类社会物质文明的巨大进步。

潘建伟教授的报告深入浅出,将抽象复杂的量子物理讲得十分具有趣味性。讲座的开始,潘教授以硕壮人和直立人的对比引出信息的交互这一话题。潘教授提到,信息交互一直都伴随着人类的进化和社会的发展。其中,信息交互的效率和信息交互中的隐私保护是重要的两部分。古代信息交互十分低效,大部分信息只能口口相传,吴承恩在《西游记》中塑造的 千里眼顺风耳神话传说,也体现了古代人们期望信息传达更高效的美好愿望。直到伴随着现代物理的发展: Maxwell建立电动力学、Hertz发现无线电、贝尔发明电话…使现代信息交互的效率显著提高。

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“如果按照这个思路再往下思考,一切事件都是在宇宙大爆炸时就已经确定好的吗?个人的努力还有意义吗?但人显然是有自由意志的。”潘建伟引用霍金的一句话:即使是相信一切都是上天注定的人,在过马路时也会左右看。

继对撞机、引力波之后,又一个“高冷”物理名词——量子,近年来逐渐从幕后走向了台前。在科学家们眼中,这一扑朔迷离的量子究竟是何方神圣?它有哪些神奇绝技,又有何用?

潘建伟院士、陈十一校长与同学合影

“《西游记》里有两个大家非常喜欢的神仙,千里眼和顺风耳。其实这两个概念,现在的电视和电话从某种意义上讲已经实现了。此外,天上一日、地上一年的传说也被相对论证实了。”潘建伟院士从中国人耳熟能详的古代神话讲起,拉近了前沿科学与听众之间的距离,“孙悟空的分身术和筋斗云,我们现在能不能实现呢?”

为确保被授权的用户身份不被窃取,可以用加密算法进行身份认证;为保证传输过程中信息不被窃听,可以进行传输加密;为保证传输内容不被篡改,可以用加密算法进行数字认证。某种意义上,现在的信息安全是建立在加密算法或者加密技术的基础之上。

怎么办?目前国际上公认有两种可行的途径:一种是利用中继器进行分段传输,另一种是利用卫星中转进行自由空间单光子传输,实现数千公里甚至是全球化的量子通信。

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未来论坛创始理事、秘书长武红

“利用量子相干叠加原理,可以构造具有强大并行计算和模拟能力的量子计算机。”潘建伟说,量子计算机的计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长,一台操纵100个粒子的量子计算机,对特定问题的处理能力可达到目前全世界计算能力总和的100万倍。利用万亿次经典计算机分解三百位大数大约需要15万年,这正是目前广泛使用的RSA公钥密码体系安全性的基石——现有计算能力无法在短时间内破解密码,然而利用同样工作频率的量子计算机则只要一秒钟。由此可见,一旦量子计算机研制成功,对现有密码体系的冲击将是崩溃性的。不过,量子力学在提供了破解密码“最锋利的矛”的同时,也为我们提供了信息安全“最牢固的盾”——量子通信的安全性与计算能力无关,即使在量子计算机时代,照样可以保障信息的无条件安全。

这种所谓的量子相干叠加正是量子世界与经典世界的根本区别,由此有了量子力学不确定原理:量子体系中一般情况下一个物理量的值并不能预先确定,而是依赖于采取何种测量基,进一步,对处于量子纠缠的两个粒子,对其中一个粒子的测量结果会瞬间确定另一个粒子的状态,不论它们相距多么遥远。这就是“量子纠缠”,爱因斯坦称这个现象为“幽灵般的超距作用”。

讲座现场

北京大学物理学院院长谢心澄教授对潘建伟院士的讲座进行了点评。谢心澄教授指出,科学研究一般有两个驱动力,一是好奇心,二是技术的发展。能够把好奇心和技术发展在科研初期就结合起来是非常少见的,量子信息就是一个完美的例子。“量子力学相对来说已经是比较古老的课题,但是我跟很多人一样,相信这门学科将会有第二个春天,科学上我们提倡第二个春天。”谢心澄教授说道。

潘建伟说,科学家们可以利用单光子来传输密钥。如果有窃听者想截取单光子,测量其状态并发送,那么,单光子就会从原有状态“0+1”变成0或者1,通信中就会引入扰动并会被使用者察觉。当然,经典光通信中还有一种窃听方法——截获一部分光,让其余部分继续传送,仅对截获到的部分进行状态测量获取密钥信息。但是,由于单光子不可分割,窃听者不可能如同在经典光通信中那样,把信号分成一模一样的两半,窃听也由此失败。

“量子通信克服了经典加密技术内在的安全隐患,因为其安全性不依赖于计算复杂度,这是原理上无条件安全的一种通信方式,一旦存在窃听必然被发现。”潘建伟称。

另一个很好的例子是量子计算与模拟:它促成了计算能力的飞跃,可以更有效的解决大规模计算难题,并能有效地揭示复杂物理系统规律。密码分析、气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探……当今生活中的方方面面都渗透着量子科学的应用。

微博:@未来论坛FutureForum

利用量子相干叠加原理所产生的量子保密通信,成功克服了经典加密技术的内在安全隐患,可以从根本上解决信息安全传输问题

第一次量子革命已经在20世纪对我们的社会面貌和生活方式产生了巨大影响。可以预期,以量子信息技术为代表的第二次量子革命也一定会带来人类社会物质文明的巨大进步。”潘建伟说。

基于量子具备的这些神奇的特点,量子调控与量子信息已经引发了第二次量子革命,量子科学应用到了现实生活中的很多方面。以量子通信为例:它是目前原理上无条件安全的通信方式,存在窃听必然被发现、加密内容不可破译等传统通信不具备的优点。由于量子隐形传态的高效性,也被形象的称为量子世界的筋斗云。

以上所展示的,都是量子理论付诸实践之后产生的奇迹。4月25日,未来论坛第六期“理解未来”讲座,在北京IFC大厦耶鲁(北京)中心开讲。中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟院士用生动有趣的语言,向在座的听众描绘了一幅关于量子的美妙图景。然而,上述的奇迹仅仅是量子世界很小的一部分,让我们回到讲座的开始,看看在潘建伟院士眼中,量子到底能引领人类走多远。

继对撞机、引力波之后,又一个“高冷”物理名词——量子,近年来逐渐从幕后走向了台前。在科学家们眼中,这一扑朔迷离的量子究竟是何方神圣?它有哪些神奇绝技,又有何用

潘建伟打了个比方:一个代表团从北京到法兰克福去访问,如果在飞行途中睡着了,不知道是途经莫斯科还是新加坡,到北京时,他们会觉得“又冷又热”,感觉好像同时穿越了两条路线。但如果飞行途中一直睁着眼睛去看,或者有仪器测量,那么检测到的状态是飞机只会处于一条航线上,代表团抵达北京时要么感觉冷,要么感觉热。

交流互动环节,同学们提问踊跃,潘建伟院士耐心而仔细地解答了同学们的问题。

“潘建伟的航班”让量子世界的神奇初露锋芒。随后,粒子状态会受到观测者的干扰,粒子之间存在超空间关联的纠缠态等量子力学的基本概念也被引出。“利用量子的纠缠态,可以把客体的信息,用量子隐形传态的方式从一个地方传到另一个遥远的地方。将北京的我的所有信息传输到上海,然后用同样多的物质在那里重塑一个我,这是一种光速的旅行方式。量子力学不仅允许‘分身术’,也允许‘筋斗云’的存在。”

量子通信不是唯一应用。

为确保被授权的用户身份不被窃取,可以用加密算法进行身份认证;为保证传输过程中信息不被窃听,可以进行传输加密;为保证传输内容不被篡改,可以用加密算法进行数字认证。某种意义上,现在的信息安全是建立在加密算法或者加密技术的基础之上。

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安全的通信

神奇的量子

文字:学生新闻社 王晓涵

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潘建伟表示,以量子信息技术为代表的第二次量子革命,一定会带来人类社会物质文明的巨大进步

在近日举行的两院院士大会上,中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟带来了一场有关量子的精彩介绍。

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(原载于《经济日报》 2018-06-07 11版)

单光子的不可分割性和量子态的不可复制性从原理上保证了信息的不可窃听,再结合“一次一密”的加密方法,就可以实现信息的不可破解,从而确保了身份认证、传输加密以及数字认证等技术手段的无条件安全。

摄影:学生新闻社毛煦冰谢济宇

微观世界的运行状态,完全颠覆了普通人对传统物理学概念的理解。针对听众的困惑,潘建伟院士从牛顿经典力学讲起,梳理了量子力学发展的历史,并介绍了量子力学发展早期爱因斯坦与玻尔之间的争论。

不过,要在现实条件下实现远距离的量子通信,并非听起来那么简单。量子信号因为不能被复制,所以不能被放大,信号会随着传输距离的拉长,变得越来越弱。比如,长度为1200公里的商用光纤中,即使有每秒百亿发射率的理想单光子源和完美的探测器,也需要数百万年才能传送一个量子比特。这样的传输速率显然不适于远距离传输。

幸运的是,量子力学的发展已经为解决这一问题做好了准备。量子叠加的“分身术”,具有一个最为直接的应用——就是广受关注的量子保密通信。

北京大学物理学院院长 谢心澄教授

不仅如此,利用高精度的量子信息处理技术,还可对时间、位置、重力等物理信息实现超越经典技术极限的量子精密测量,大幅度提升卫星导航、激光制导、水下定位、医学检测和引力波探测等的准确性和精度。例如,利用目前最好的传统自主导航技术,水下航行100天后,定位误差达数十公里,需要定期上浮使用卫星修正;而利用原子干涉重力仪等高精度量子自主导航系统,水下定位航行能力可大幅提升,不需卫星修正就可实现长期自主导航。

当然,量子计算机造出来还需时日。“届时,量子计算可为人工智能、密码分析、气象预报、石油勘探、基因分析、药物设计等所需的大规模计算难题提供解决方案,并可揭示量子相变、高温超导、量子霍尔效应等复杂物理机制。”潘建伟表示。

潘建伟院士解释道,这一过程中物质和能量都没有传过去,只是把粒子状态本身进行了传输。传输目的地在拿到状态信息之后,在当地用同样多的物质,把那种状态重新构造了出来。如果是人的传输,你所有的记忆,所有的病痛,所有的感觉全都一模一样,当然出发地的人就会变成一团原始的物质。这个过程不是克隆,而是对人更完整意义上的百分之百的传输。

单光子的不可分割性和量子态的不可复制性从原理上保证了信息的不可窃听,再结合“一次一密”的加密方法,就可以实现信息的不可破解,从而确保了身份认证、传输加密以及数字认证等技术手段的无条件安全。

“利用量子相干叠加原理,可以构造具有强大并行计算和模拟能力的量子计算机。”潘建伟说,量子计算机的计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长,一台操纵100个粒子的量子计算机,对特定问题的处理能力可达到目前全世界计算能力总和的100万倍。利用万亿次经典计算机分解三百位大数大约需要15万年,这正是目前广泛使用的RSA公钥密码体系安全性的基石——现有计算能力无法在短时间内破解密码,然而利用同样工作频率的量子计算机则只要一秒钟。由此可见,一旦量子计算机研制成功,对现有密码体系的冲击将是崩溃性的。不过,量子力学在提供了破解密码“最锋利的矛”的同时,也为我们提供了信息安全“最牢固的盾”——量子通信的安全性与计算能力无关,即使在量子计算机时代,照样可以保障信息的无条件安全。

未来论坛由一批时下最有影响力的互联网界、投资界、科技界人士共同发起。其中有李彦宏、杨元庆、徐小平、丁健、沈南鹏、张磊等工商界翘楚,也有施一公、饶毅、张首晟等蜚声中外的顶尖科学家。

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与会科学家认真听取潘建伟院士发言。

提问的最后,现场的阶梯座椅后面传来了一句稚嫩的声音:“我想问,人变成量子会不会死啊?”一个从时间的角度来看,离死亡的距离最为遥远的孩子,问出了与人的最终命运密切相连的问题。

一旦确定了初始状态,根据力学方程,所有粒子未来的运动状态都是可以精确预言的——这是基于牛顿力学得出的结论。

不仅如此,利用高精度的量子信息处理技术,还可对时间、位置、重力等物理信息实现超越经典技术极限的量子精密测量,大幅度提升卫星导航、激光制导、水下定位、医学检测和引力波探测等的准确性和精度。例如,利用目前最好的传统自主导航技术,水下航行100天后,定位误差达数十公里,需要定期上浮使用卫星修正;而利用原子干涉重力仪等高精度量子自主导航系统,水下定位航行能力可大幅提升,不需卫星修正就可实现长期自主导航。

“不会的。”潘建伟院士走向孩子,微笑着摇了摇头,“人类身体里的每一个粒子都是量子,我们不是活得好好的吗?”

当然,量子计算机造出来还需时日。“届时,量子计算可为人工智能、密码分析、气象预报、石油勘探、基因分析、药物设计等所需的大规模计算难题提供解决方案,并可揭示量子相变、高温超导、量子霍尔效应等复杂物理机制。”潘建伟表示。

一旦确定了初始状态,根据力学方程,所有粒子未来的运动状态都是可以精确预言的——这是基于牛顿力学得出的结论。

潘建伟院士是国际量子信息和量子通信实验研究领域的先驱和开拓者之一,也是该领域有重要国际影响力的科学家。获得一系列成果的他,平时很忙,很少到外面演讲。此次应未来论坛之邀,潘建伟院士说他十分高兴,他感到未来论坛这个平台很好,理解未来讲座做了件很有意义的事。特别是这次讲座上与中小学生的互动,更让潘建伟院士感动,他说:孩子,就是未来。

2016年,随着全球第一颗量子科学实验卫星——墨子号发射成功,实现信息“绝对安全”的梦想又向前迈进了一步。“去年,千公里级量子密钥分发速率达到1kbps,比同距离光纤提高20个数量级;现在,每秒钟可以稳定分发十万个密钥甚至几十万个密钥。”潘建伟说。

潘建伟说,科学家们可以利用单光子来传输密钥。如果有窃听者想截取单光子,测量其状态并发送,那么,单光子就会从原有状态“0+1”变成0或者1,通信中就会引入扰动并会被使用者察觉。当然,经典光通信中还有一种窃听方法——截获一部分光,让其余部分继续传送,仅对截获到的部分进行状态测量获取密钥信息。但是,由于单光子不可分割,窃听者不可能如同在经典光通信中那样,把信号分成一模一样的两半,窃听也由此失败。

相对论与量子力学的争论暂告一段落。潘建伟院士随后指出,二十世纪,在研究和应用量子力学、相对论的过程中所催生的信息科学,为人类带来了物质文明的巨大进步。信息科技的进一步发展,正面临着计算能力和信息安全的瓶颈。对量子世界规律的研究,可以帮助人们实现计算能力的飞跃和无条件的信息安全,完成更加精密的测量,更能够有效揭示复杂物理系统的规律,突破信息和物质科学技术的经典极限。

与会科学家认真听取潘建伟院士发言。记者沈慧摄

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当它被应用于保密通信领域的时候,它可以实现无条件的通信安全;当它被应用于计算领域时,它可以“秒杀”峰值计算速度达每秒5.49亿亿次的“天河二号”超级计算机;它为解决气象学、金融学等领域的大数据分析问题指明了方向,更可以使海面之下的潜水艇无需上浮校准位置,仍然能够长时间地掌握精确的导航信息。

怎么办?目前国际上公认有两种可行的途径:一种是利用中继器进行分段传输,另一种是利用卫星中转进行自由空间单光子传输,实现数千公里甚至是全球化的量子通信。

“如果按照这个思路再往下思考,一切事件都是在宇宙大爆炸时就已经确定好的吗?个人的努力还有意义吗?但人显然是有自由意志的。”潘建伟引用霍金的一句话:即使是相信一切都是上天注定的人,在过马路时也会左右看。

由此,潘建伟院士开始向现场听众解释量子世界的分身术。他并没有使用国际上较为流行的“薛定谔的猫”作为例子,而是假设了一趟从法兰克福飞往北京的旅行。“如果我从法兰克福飞往北京的路上睡着了,我就不知道自己在中途是经过了北边的莫斯科还是经过了南边的新加坡,就好像我同时存在于这两条航线上一样。”潘建伟院士解释道,“在微观世界中,我们看不到粒子是从哪边过来的,它可以同时存在于很多个地方,这就是量子叠加的状态。”

这种所谓的量子相干叠加正是量子世界与经典世界的根本区别,由此有了量子力学不确定原理:量子体系中一般情况下一个物理量的值并不能预先确定,而是依赖于采取何种测量基,进一步,对处于量子纠缠的两个粒子,对其中一个粒子的测量结果会瞬间确定另一个粒子的状态,不论它们相距多么遥远。这就是“量子纠缠”,爱因斯坦称这个现象为“幽灵般的超距作用”。

从春秋时期的虎符到古希腊的加密棒,以及罗马帝国凯撒大帝发明的字符移动加密术,再到二战时出现的复杂密码……人类追求信息安全的脚步从未停止。

“爱因斯坦把量子纠缠称为‘遥远地点之间的诡异互动’,他认为相对论不能允许这种情形发生。玻尔则认为,量子纠缠的过程中不存在能量传递,所以跟相对论概念里的能量传播是没有矛盾的。”潘建伟院士介绍道,相对论是定域性的,认为在类空间隔下对一个粒子的测量不应该对另一个粒子产生影响;量子力学则是非定域性的,对一个粒子的测量会瞬间改变另一个粒子的状态。后来的实验结果证明,玻尔的看法是正确的。

“叠加原理认为,一个量子客体可以处于不确定的状态,也就是说在测量之前,连上帝都不知道,观测者的行为还可以影响体系的演化。这种颠覆性的认知和相对论一起,带来了第二次科学革命,进而催生了新的产业变革。”潘建伟说。

mg娱乐游戏4355,根据经典物理学,一个客体的状态就像最简单的二进制开和关,只能处于开或者关中的某一个状态,即要么是0要么是1,这就好比一只猫,要么是生要么是死,不能同时“又生又死”。但这一理论并不适用于量子世界。“比如在量子世界,一个氢原子的状态,可以是激发态和基态的相干叠加,可以0和1状态同时共存。”潘建伟举例。

讲座结束了,百余位听众意犹未尽,他们都说,未来论坛主办的“理解未来”讲座,邀请到的演讲人“特别棒”,讲座内容给大家提供了多重感受和视角。正如该讲座的宗旨所述:启蒙、激发、唤醒,让人们的智识版本实时更新。

www.mg4355.com,从春秋时期的虎符到古希腊的加密棒,以及罗马帝国凯撒大帝发明的字符移动加密术,再到二战时出现的复杂密码……人类追求信息安全的脚步从未停止。

量子是构成物质的最基本单元,由于具有相干叠加特性,可以产生“量子纠缠”,因而与相对论一起,带来了第二次科学革命。

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“第一次量子革命已经在20世纪对我们的社会面貌和生活方式产生了巨大影响。可以预期,以量子信息技术为代表的第二次量子革命也一定会带来人类社会物质文明的巨大进步。”潘建伟说。

利用量子相干叠加原理所产生的量子保密通信,成功克服了经典加密技术的内在安全隐患,可以从根本上解决信息安全传输问题。

微信:未来论坛(ID:futureforum)

幸运的是,量子力学的发展已经为解决这一问题做好了准备。量子叠加的“分身术”,具有一个最为直接的应用——就是广受关注的量子保密通信。

“然而,经典加密算法依赖于计算的复杂度,如果计算能力足够强大,原则上都会被破解。人们早就怀疑‘以人类的才智无法构造人类自身不可破解的密码’,这是目前经典加密算法面临的困境。”潘建伟说。

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“然而,经典加密算法依赖于计算的复杂度,如果计算能力足够强大,原则上都会被破解。人们早就怀疑‘以人类的才智无法构造人类自身不可破解的密码’,这是目前经典加密算法面临的困境。”潘建伟说。

图为“墨子号”量子科学实验卫星与阿里量子隐形传态实验平台建立天地链路。

在近日举行的两院院士大会上,中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟带来了一场有关量子的精彩介绍。

大数据时代,人类对计算能力的需求与日俱增。然而,目前人类拥有的计算能力还相当有限。例如,集全世界计算能力的总和都无法在一年内完成对280个数据的穷举搜索。与此同时,随着晶体管的尺寸逐步接近纳米级,晶体管的电路原理将不再适用。而通过超大规模处理器集成的超级计算机由于能耗惊人,也面临着发展模式不可持续的难题。以AlphaGo为例,下一盘围棋需要消耗10吨煤产生的电量。

神奇的量子