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中国欲打造全球量子通信网络 研究进展顺利
来源:互联网  (转载协议)   发布日期:2016-06-07 09:27   浏览:2688专栏投稿 值班编辑:QQ281688302

无论是美国还是欧盟,企业家还是科学家,都对量子计算寄予厚望。欧盟在今年4月份刚宣布了10亿欧元的量子项目。谷歌以及微软等公司也在高调宣布投入量子计算。 对于中国来说,与许多前沿技术处于落后状态不同的是,在量子通信领域,中国处于世界领先位置。 目

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无论是美国还是欧盟,企业家还是科学家,都对量子计算寄予厚望。欧盟在今年4月份刚宣布了10亿欧元的量子项目。谷歌以及微软等公司也在高调宣布投入量子计算。

对于中国来说,与许多前沿技术处于落后状态不同的是,在量子通信领域,中国处于世界领先位置。

目前,中国已斥资在部分城市建立量子通信网,并且正在修建上千公里的量子通信“京沪干线”,今年7月份,还要发射量子通信卫星。

简单来说,量子通信就是根据量子物理原理,提供一种全新方式对信息进行编码、存储、传输和逻辑操作,并对光子、原子等微观粒子进行精确操纵,以确保通信安全和提升计算速度等。

量子通信虽然不可能真的超光速,但其优势足以让人类向往:通信更快,更加安全。信息安全是人类的刚需,量子通信理论上具有“无懈可击”“无条件安全”的优势,在军事、金融和个人私密方面意义重大。

中国欲打造全球量子通信网络

“传统的通信加密和传输安全,都是依赖于复杂的算法。”中国科协副主席的量子卫星首席科学家、中国科学技术大学教授潘建伟介绍。

但是随着计算能力的增加,在某种程度上,复杂的算法,肯定是会被破解的。而量子通信利用基于物理学的基本原理,利用微光世界的最小单元,在原理上将实现不会被破解的奇迹。

今年46岁的潘建伟是国内量子通信的领军人物,浙江东阳人。2004年,其团队在国际上首次实现了五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输,这一成果被《自然》杂志发表,并同时入选英国物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展。

此外,潘建伟的团队于2007年在国际上首次实现了安全通信距离超过100公里的光纤量子密钥分发,2008年实现了国际上首个全通型量子通信网络,2012年建成首个规模化量子通信网络。

量子具有叠加性,即根据量子比特的物理性质,科学家们可以做到传统芯片上晶体管用电流完成的事——也就是用0和1的二进制来表示信息。但量子比特的特殊之处在于,它能够呈现叠加状态,能同时表示0和1,处于叠加态的量子比特能以一种叫做量子纠缠的现象相互联系,简单来说,就是一个量子比特的行为能瞬间影响到另一个量子比特。

图片来自“知识分子”公众号。

量子通信还有更神奇之处,理论上,甚至可以传送物质。潘建伟在一次演讲中举了一个例子。他说,如果自己在上海的航班延误了,但要在几分钟之内到北京,怎么办?坐飞机肯定不行了,但是如果说北京和上海之间有他的两团纠缠物质的话,就可以对上海的这个潘建伟和旁边这种纠缠物质进行一种测量,把它都变成一个个纠缠粒子,那么我们会得到一组数,通过无线电台可以把它发射到北京。到了北京之后,可以对这团物质再做一种所谓的幺正变换,就可以用同样多的物质把它给重构出来。

图片来自“知识分子”公众号。

回到现实,如果,能制造出100个粒子相关操纵的量子计算机,在某些问题方面的处理能力将会比目前最快的超级计算机“天河二号”还快百亿亿倍。

有了这台计算机,我们的计算能力能增强多少?潘建伟也举了个例子:要求解一个10的24次方的变量的线性方程组,用目前最快的天河2号超级计算机大概需要100年左右的时间。而利用万亿次的量子计算机,尽管计算的频率比天河2号要慢1万倍,但它只需要0.01秒就可以把这个方程给求解出来。所以它可以广泛地应用于药物设计、金融分析、气象预报、密码分析等等,用途是比较大的。

基于量子的这些特性,潘建伟团队希望通过量子通信研究,从初步实现局域量子通信网络,到实现多横多纵的全球范围量子通信网络,以保证信息传输的绝对安全;通过量子计算研究,为大规模计算难题提供解决方案,实现大数据时代信息的有效挖掘;通过量子精密测量研究,实现新一代定位导航等等。

图片来自“知识分子”公众号。

“京沪干线”预计今年下半年交付

目前,国内量子通信的研究进展顺利。今年7月,由中国科大、中科院上海技术物理研究所、中科院上海微小卫星工程中心、中科院成都光电技术研究所等单位联合研制的“量子科学实验卫星”将进行发射。这颗卫星,将在全球率先实现高速星地量子通信,连接地面光纤量子通信网络,初步构建量子通信网络。

同时,国家发改委还在筹建“京沪干线”项目,用于国防安全的研究。目前,预计大尺度光纤量子通信骨干网工程将于2016年下半年交付。“京沪干线”总长2000余公里,从北京出发,经过河南、合肥,到达上海。利用这一广域光纤量子通信网络,京沪两地的金融、政务等机构能进行保密通信。建成后,可以帮助国内构建可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络,建成大尺度量子通信技术验证、应用研究和应用示范平台。

“量子通信和量子计算都是属于量子调控技术范围。”潘建伟说,“目前,全世界计算机的计算能力都非常弱。”

潘建伟预测,不到十年左右的时间,他们就能够造出一种专用的量子计算机或者叫做量子模拟机,在某些计算能力上要比目前最快的传统计算机快百亿倍甚至更多。

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