潘建伟眼中的「新量子革命」
信息交互,这是一个从古至今一直在「交替变革」的主题。
从远古「智人」的符号和语言、到有了书和纸、中西方的「百家争鸣」、第一次/第二次工业革命,信息交互的效率一步一步地在提高。
而与此同时,信息交互的发展,让其安全性,又成为了一个重要的内容。
在数据、算力等爆炸增长的当下,又该如何保证信息交互与安全的平稳发展呢?
中国科学院院士潘建伟给出了答案:
量子通讯和量子计算。
△ 中国科学院院士 潘建伟
潘建伟先是对「量子」、「量子叠加」、「量子比特」、「量子纠缠」等基本概念做了详实且通俗的介绍。
当人们有能力将一个个量子比特,按照需求进行单个调控时,便催生出了一个新的学科——量子信息科学。
潘建伟表示,量子通讯可以一种原理上无条件安全的通信方式,利用量子计算可以提供非常强大的计算能力,用于各种各样的复杂系统的研究。
量子通讯的第一个应用,便是量子密钥分发。
这是由于量子具有不可分、测不准等特性、原理,所以一旦有「窃听者」想要对其「图谋不轨」,就会被发现。
除此之外,还可以利用量子纠缠,把一个粒子的量子信息从一个地方的转移到另外一个粒子上,而不用传输这个物体本身。
潘建伟举了一个非常形象的例子:
假如我在合肥要来深圳腾讯总部开会,坐飞机来不及了怎么办?如果两个地方的实验室,刚好有一团纠缠物质,那么就可以把合肥的潘建伟,跟这个纠缠物质做一个操作,把他纠缠起来。而后便可以得到一种信息,再通过网络,可以在腾讯的实验室中,把潘建伟再构造出来。
这个过程,就是我们所熟知的量子隐形传态。
当然,目前的技术无法对非常复杂的事物做这样的操作,只能是几十个、几百个甚至几百万个粒子组成的系统。
而这,便构成了量子计算机的一个基本单元。
由于量子比特可以处于叠加状态,所以其计算能力是呈指数级增长。潘建伟对此举了个例子:
利用一台万亿次的经典计算机分解一个300位的大数,大概需要15万年;但当你利用一台万亿次的量子计算机,只需要一秒钟就行了。
有这样的能力,在量子通信方面,可以利用光纤,非常方便地在城市里面把秘钥送给千家万户。
在两个城市之间,可以利用所谓的中继器进行连接,实现城市之间的量子通信。
更大范围的,可以利用卫星中转,来实现远距离的量子通信。
例如,2016年8月,中科院便成功发射「墨子号」量子科学卫星,实现了三大科学任务:
实现了星地的量子密钥分发。
实现千公里量子纠缠的分发,证明了两个纠缠粒子,具有爱因斯坦所说的「遥远地点之间的诡异的互动」功能。
实现了千公里量级的量子隐形传态,这对未来的量子互联网具有很大的意义。
最后,潘建伟对量子通讯、量子计算做了一些展望。他希望:
经过10-15年时间,能够完整地发展天地一体广域量子的通讯网络技术体系,为形成下一代的国家信息安全生态系统的奠定基础。
希望在量子计算方面,通过对数百个量子比特的相干操纵,能够对一些现实的问题的求解,能够超越目前的超级计算机,并且能够来解决一些重大的科学问题。
能够研发具备基本功能的通用量子计算原型机,来初步探索对密码分析、大数据分析等方面的相关应用。
资料来自 腾讯WE大会的报道