来自 科技 2020-11-27 16:50 的文章

量子科技究竟是什么“棋”?

导读:量子计算在特定算法上的效率比现有计算机快一亿倍。量子计算机能轻易破译所有密码,会迫使一切现有密码学全部重新改写。现有计算机要60万年才能破译的密钥,量子计算机只要3小时。与传统通信方式相比,量子通信是唯一绝对安全的通信方式。

中共中央政治局会议集体学习量子科技的消息在周末刷屏了。

中共中央总书记习近平在主持学习时强调,要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性, 加强量子科技发展战略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋。

这次集体学习的目的是了解世界量子科技发展态势,分析我国量子科技发展形势,更好推进我国量子科技发展。

这个量子科技究竟是什么样的“棋”?

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量子科技是什么?

量子信息技术是量子物理与信息科学交叉的新生学科,其物理基础是量子力学。而量子力学则是在1920年由爱因斯坦等科学家首次创立。

自从问世以来,量子科学已经先后孕育出原子弹、激光、核磁共振等新技术,成为20世纪最重要的科学发现之一。

进入21世纪,量子科技革命的第二次浪潮即将来临。

第二次量子科技革命将催生量子计算、量子通信和量子测量等一批新兴技术,将极大地改变和提升人类获取、传输和处理信息的方式和能力。

其中,量子通信是较为重要的安全技术,它利用量子态作为信息载体来进行信息交互的通信技术,利用单个光量子不可分割和量子不可克隆原理的性质,在原理上确保非授权方不能复制与窃取量子信道内传递的信息,以此保证信息传输安全。

光大证券分析师姜国平、卫书根认为,人类对量子世界的探索已经从单纯的“探测时代”走向主动“调控时代”。

02

基本原理

量子信息的三大基本原理:量子比特、量子叠加、量子纠缠。

量子比特:比特是经典计算机信息的基本单元,要么0,要么1。量子比特是量子计算机的最小储存信息单位,一个量子比特可以表示0也可以表示1,更可以表示0和1的叠加,即可处在0和1两种状态按照任意比例的叠加,因此,量子比特包含的信息量远超过只能表示0和1的经典比特(下图)。

量子叠加:就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。著名的“薛定谔的猫”理论曾经形象地表述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”。

量子纠缠:两个量子纠缠在一起时,其中一个会影响另一个,并且与距离等因素没有关系。简而言之,两个量子无论离得多远,都能产生一种关联性的互动。

量子科技究竟是什么“棋”?

03

多重要?

量子技术研究已成为当前世界科技研究的一大热点。国际社会纷纷加大研发力度和投入,力争抢占技术制高点。

日本2013年就计划未来10年投入400亿日元研发量子信息技术。英国2014年设立“国家量子技术计划”,每年投资2.7亿英镑用于建立量子通信、传感、成像和计算四大研发中心。欧盟2016年宣布了预算10亿欧元、为期十年的“量子技术旗舰计划”。

目前,全球量子技术最领先的是美国,近十年来每年投入约2亿美元用于各细分领域的研究,2018年还几乎在十年内拨款12.75亿美元全力推动量子科学发展。

中国近年来对量子信息技术的重视和支持力度也逐渐加大,习近平在2018年强调“以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用”,进一步肯定了量子信息的战略地位。

目前,产业资本纷纷加快在量子信息领域的布局。光大证券预计,该行业将进入一个从0到1的快速发展时期。

量子科技究竟是什么“棋”?

04

三大领域:计算、通信、测量

量子计算

1981年,诺贝尔物理学家费曼首次提出量子计算机的概念。从首次提出到现在,量子计算理论已经发展了30多年。

费曼指出,通过应用量子力学效应,能大幅提高计算机的运算速度,经典计算机需要几十亿年才能破译的密码,量子计算机在20分钟内就能破译。

招商证券张夏、陈刚介绍,量子计算的核心优势是可以实现高速并行计算。量子计算机的量子比特数量以指数形式增长,算力将以指数的指数增长。目前,非通用型量子计算机的已经实现了1000位量子比特,在特定算法上计算效率比经典计算机要快一亿倍。

而5G时代的来临,对于量子计算而言可谓是如鱼得水。张夏、陈刚做出了以下大胆的预测: