首頁(yè)>要聞 要聞
量子計(jì)算機(jī)中國(guó)造 “速度革命”新飛躍——量子時(shí)代的探尋與追問(wèn)
新華社上海5月3日電題:量子計(jì)算機(jī)中國(guó)造 “速度革命”新飛躍——量子時(shí)代的探尋與追問(wèn)
新華社記者
世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)3日在上海亮相,十個(gè)超導(dǎo)量子比特糾纏首次成功實(shí)現(xiàn),中國(guó)科學(xué)家再次站在了創(chuàng)新的前沿。
一個(gè)世紀(jì)前,那場(chǎng)關(guān)于“上帝到底擲不擲骰子”的愛(ài)因斯坦-玻爾論戰(zhàn),為人類(lèi)開(kāi)啟了量子世界之門(mén);進(jìn)入21世紀(jì),量子通信、量子計(jì)算等核心技術(shù)飛速發(fā)展,一場(chǎng)新的量子革命正在到來(lái)。
微觀世界的運(yùn)行,遠(yuǎn)比人類(lèi)想象得更神秘。世界首顆量子通信衛(wèi)星、十光子糾纏、天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)……中國(guó)“量子人”一系列突破性進(jìn)展,在量子革命的發(fā)展史上,標(biāo)注下新的印記。
新版“神算子”有多神?——未來(lái)將秒殺超級(jí)計(jì)算機(jī)
芯片越來(lái)越小,傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)未來(lái)必將遭遇計(jì)算極限。求解一個(gè)億億億變量(10的24次方)的方程組,利用目前的超級(jí)計(jì)算機(jī),大約需要100年。而對(duì)類(lèi)似這樣的大規(guī)模計(jì)算難題,如果借助萬(wàn)億次量子計(jì)算機(jī),只需0.01秒。
全新的量子計(jì)算機(jī)利用量子特有的“疊加狀態(tài)”,以采取并行計(jì)算的方式,讓速度以指數(shù)量級(jí)地提升。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士和陸朝陽(yáng)教授等研制的光量子計(jì)算機(jī),已經(jīng)比人類(lèi)歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度快10倍至100倍。
據(jù)介紹,關(guān)于量子計(jì)算研究的系列成果已經(jīng)發(fā)表于《自然·光子學(xué)》等國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上。“這意味著,中國(guó)科學(xué)家研制出了量子計(jì)算領(lǐng)域的埃尼亞克(第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)ENIAC)?!薄蹲匀弧す庾訉W(xué)》的審稿人表示。
潘建偉說(shuō),在量子計(jì)算基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,就計(jì)算能力而言,科學(xué)界有三個(gè)達(dá)成共識(shí)的指標(biāo)性節(jié)點(diǎn):第一步超越首臺(tái)經(jīng)典計(jì)算機(jī),第二步超越商用CPU,第三步超越超級(jí)計(jì)算機(jī)。“目前我們實(shí)現(xiàn)的只是其中的第一步,但這一小步卻是重要的一步?!?/p>
陸朝陽(yáng)表示,預(yù)計(jì)年底可以實(shí)現(xiàn)操縱20個(gè)量子比特、達(dá)到目前商用CPU水平;到2020年,有望實(shí)現(xiàn)操縱45個(gè)量子比特的目標(biāo),向經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力發(fā)起挑戰(zhàn)。
全球角力場(chǎng)有幾多?——?dú)W美投入數(shù)十億美元布局
由于量子計(jì)算的巨大潛在價(jià)值,歐美各國(guó)都在積極整合各方面研究力量和資源,開(kāi)展協(xié)同攻關(guān),大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等也強(qiáng)勢(shì)介入量子計(jì)算研究。
來(lái)自中國(guó)科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院的信息顯示,國(guó)際學(xué)術(shù)界關(guān)于量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展,集中于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路這三個(gè)研究體系。其中,在光子體系,潘建偉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏,一直保持國(guó)際領(lǐng)先水平,其“多光子糾纏及干涉度量”項(xiàng)目獲得2015年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
“最快帶來(lái)實(shí)際價(jià)值的體系是超冷原子量子模擬,將來(lái)很可能集成化的是超導(dǎo)量子計(jì)算,谷歌、IBM都在投入大量資源,積極布局。”潘建偉說(shuō)。
2015年,谷歌、美國(guó)航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校宣布實(shí)現(xiàn)了9個(gè)超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。此次,潘建偉及其同事朱曉波等,聯(lián)合浙江大學(xué)王浩華教授研究組,首次實(shí)現(xiàn)10個(gè)超導(dǎo)量子比特的糾纏,在基于超導(dǎo)體系的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得突破性進(jìn)展。
不過(guò),由于高精度量子操控技術(shù)的極端復(fù)雜性,目前對(duì)其的研究仍處在早期發(fā)展階段?!傲孔佑?jì)算機(jī)就像初生的嬰兒,未來(lái)最終會(huì)長(zhǎng)成什么樣子,對(duì)整個(gè)科學(xué)界還是個(gè)未知數(shù)?!迸私▊フf(shuō)。
何時(shí)飛入尋常百姓家?——10年內(nèi)專(zhuān)用量子計(jì)算機(jī)有望“實(shí)用化”
從誕生以來(lái),量子力學(xué)就一直在催生眾多重大發(fā)明,包括原子彈、激光、晶體管、核磁共振、全球衛(wèi)星定位等。量子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世,有助于解決現(xiàn)有計(jì)算機(jī)也難以解決的問(wèn)題。
“10年內(nèi),超導(dǎo)量子操縱有可能做到100個(gè)粒子。到那時(shí),它對(duì)某些特定問(wèn)題的計(jì)算能力就可以達(dá)到目前全世界所有計(jì)算能力之和的100萬(wàn)倍,計(jì)算能力將會(huì)突飛猛進(jìn)?!迸私▊フf(shuō),此外量子計(jì)算機(jī)能耗更低。
專(zhuān)家認(rèn)為,計(jì)算能力極限的大幅提升,意味著量子計(jì)算機(jī)可以分析更多數(shù)據(jù)。比如,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào),躲避颶風(fēng)海嘯;計(jì)算優(yōu)化的出行線路,讓城市減少堵車(chē);識(shí)別有效的分子組合,降低藥物的研發(fā)成本和周期;甚至可以用于探索太空,較快辨別可能存有生命體的行星。
潘建偉預(yù)測(cè),造出“專(zhuān)用”量子計(jì)算機(jī),在求解材料設(shè)計(jì)、化學(xué)研究、物理研究等特別需要、特別有用的問(wèn)題上超越“超級(jí)計(jì)算機(jī)”,有望在10年出現(xiàn),最終還將拓展到量子人工智能領(lǐng)域。
量子時(shí)代還有哪些暢想曲?——信息安全的“護(hù)衛(wèi)艦”
當(dāng)前,信息科技日益走向智能化,量子不僅可以用于量子計(jì)算,更安全的量子通信也應(yīng)運(yùn)而生。
隨著“墨子號(hào)”發(fā)射升空,我國(guó)在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。按照規(guī)劃,未來(lái)還將發(fā)射多顆量子衛(wèi)星。到2030年左右,建成一個(gè)全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。
潘建偉說(shuō),量子通信可以從原理上確保身份認(rèn)證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等的安全性,從根本上解決信息安全問(wèn)題。目前,量子保密通信已逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段,成為未來(lái)保障信息安全的“護(hù)衛(wèi)艦”。
記者了解到,對(duì)于量子時(shí)代的科學(xué)應(yīng)用,中國(guó)“量子人”團(tuán)隊(duì)有著明確的科研路線圖:通過(guò)量子通信研究,從初步實(shí)現(xiàn)局域量子通信網(wǎng)絡(luò),到實(shí)現(xiàn)多橫多縱的全球范圍量子通信網(wǎng)絡(luò);通過(guò)量子計(jì)算研究,為大規(guī)模計(jì)算難題提供解決方案,實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)時(shí)代信息的有效挖掘;通過(guò)量子精密測(cè)量研究,實(shí)現(xiàn)新一代定位導(dǎo)航等。
到2030年,或許人人家里都有一個(gè)“密鑰機(jī)”;新的量子材料可以改變電池技術(shù),成百倍地?cái)U(kuò)大電池容量……面對(duì)變幻莫測(cè)的量子世界,從“被動(dòng)觀測(cè)”邁入“主動(dòng)調(diào)控”,人們期待著量子科技開(kāi)啟更美好的未來(lái)。
(記者陳芳、董瑞豐、周琳、徐海濤)
編輯:秦云
關(guān)鍵詞:光量子計(jì)算機(jī) 量子時(shí)代
更多
更多
更多
- @北京的你 下半年,一批新福利將“到賬”請(qǐng)查收
- 推特用戶(hù)數(shù)量減少致股價(jià)大跌20.5%
- 中國(guó)證監(jiān)會(huì):涉及公眾健康安全等重大違法行為將被強(qiáng)制
- 接受邀請(qǐng)?jiān)L問(wèn)俄羅斯?白宮:特朗普持開(kāi)放態(tài)度
- 英民意調(diào)查:42%受訪者支持第二次脫歐公投
- 美防長(zhǎng)稱(chēng)正考慮派員同朝方合作搜尋美軍士兵遺骸
- 退市新規(guī)實(shí)施 涉及公眾健康安全重大違法將被退市
- 中國(guó)外交部:金磚國(guó)家發(fā)出反對(duì)單邊主義信號(hào)
- 胡春華:堅(jiān)持穩(wěn)中求進(jìn)工作總基調(diào) 促進(jìn)對(duì)外貿(mào)易平穩(wěn)健