潘建伟:量子计算正从玩具变成工具 未来如何发展?“欧冠杯”
栏目:行业动态 发布时间:2021-10-01
量子计算正在从“玩具”变成“工具”——专访中国科学院教授、中国科学技术大学毕文亭记者潘建伟。
本文摘要:量子计算正在从“玩具”变成“工具”——专访中国科学院教授、中国科学技术大学毕文亭记者潘建伟。

量子计算正在从“玩具”变成“工具”——专访中国科学院教授、中国科学技术大学毕文亭记者潘建伟。量子通信未来的发展需要扩大量子通信网络的有效覆盖范围,包括实现量子通信。网络与经典通信网络的无缝连接,实现可支持数千公里量级的量子中继,开发可全天候工作的下一代量子卫星网络等;另一方面,需要在工程集成与验证实践中,推动核心器件自主研发、相关应用标准制定、规模化应用示范。30多年前,在科学家对q基本问题的研究过程中。

量子叠加、量子纠缠等量子力学、精细的量子控制技术逐渐发展起来,使人类从被动观察量子定律跃迁到主动精确操纵量子态。,由此,我们现在所说的“量子技术”诞生了。

量子技术是一门结合量子控制和信息技术的新兴学科。在这一领域,我国在关键核心技术上取得了一系列重要科学问题和突破,在一些方向上取得了国际领先。

我国量子技术将如何深化发展,自主创新技术体系将如何构建,从基础研究向实用化和工程化的转变将如何取得领先突破?科技日报记者对中国科学院院士潘建伟进行了专访。d 中国科学技术大学教授,请他谈谈他对量子技术发展的看法。不会取代现有的通讯方式。量子通信将大大提高信息安全水平。

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科技日报记者:“墨子”号量子科学实验卫星发射后,中国科学家利用它取得了一系列研究成果,成功地将量子通信发展到实用阶段。这是否意味着一种颠覆传统的传播方式即将诞生?潘建伟:虽然量子通信是一个新兴领域,但并不是要取代现有的通信方式。相反,它将使用一种新的方法来大大提高现有信息系统的安全性。现代信息安全体系的核心要素是关键。

只要钥匙是安全的,加密的安全。ed 信息可以得到保证。在传统的保密通信中,仍然没有办法严格证明其安全性。但是,量子保密通信可以通过现有公共信道中的量子密钥分发实时生成密钥,并安全、方便地分发给用户,这样如果信息在量子密钥传输过程中被窃听,窃听者就无能为力。

留下痕迹。而这一点是绝对的,是由量子力学的基本原理保证的。换言之,量子安全通信在传统通信中使用量子密钥来提高安全性,而不是对传统通信方式的彻底颠覆。科技日报记者:目前,我国通过“墨子”和“京沪干线”的试验,建成了首个融合世界与地球的量子通信网络雏形。

我国家的量子通讯。阳离子也处于国际领先水平。那么,为了继续保持领先地位,我国应该重点关注哪些领域?潘建伟:量子通信的发展目标是构建全球广域量子通信网络系统。

首先通过光纤实现城域量子通信网络,然后通过中继器实现两个相邻城市之间的连接,最后通过卫星平台传输实现偏远地区之间的连接。这就是广域量子通信网络的发展路线。按照这条路线,未来量子通信的发展一方面需要扩大量子通信网络的有效覆盖范围,包括实现量子通信网络与经典通信网络的无缝连接,实现可支持数千个的量子中继。的。

lometers, 和发展。可以全天候工作的下一代量子卫星网络;另一方面,要在工程集成验证实践中,推进核心器件自主研发、相关应用标准的制定和规模化应用示范。

发展阶段有三个里程碑。通用量子计算机的诞生可能还需要 20 年的时间。科技日报记者:除了量子通信,量子计算也受到了极高的关注。

国内外都有公司声称已经进入量子计算领域,但也有观点认为量子计算还很遥远。对此你怎么看?潘建伟:量子计算研究是一项非常复杂的工作。就学术界而言,仍需循序渐进,才能实现。

每个阶段性目标。国际学术界认可的量子计算发展有几个里程碑——第一个里程碑是实现量子计算的优越性,即量子计算机对特定问题的计算能力超过超级计算机,这需要对大约50 个量子比特。2019年,谷歌的量子计算原型“Platanus”包含53个超导量子比特,在解决随机线采样问题上超越超级计算机,这意味着它成功实现了量子计算的优越性。

但是,解决随机线采样目前似乎没有实际意义。目前的量子计算原型更像是一个“玩具”,只能在玩某款游戏时打败经典计算机。它的重要意义在于它证明了量子计算机。

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它可以超越经典计算机。第二个里程碑是实现了专门的量化。模拟器,即数百个量子比特的相干操作,用于解决超级计算机无法解决的实际问题,如量子化学、新材料设计、优化算法等。这时候,量子计算机才真正开始发挥作用,成为一种“工具”。

我们希望在 5-10 年内实现这样的量子模拟器,这是目前的主要研究任务。第三个里程碑是可编程通用量子计算机的实现,即至少数百万个量子位的相干操纵,同时提高量子位的操纵精度超过容错阈值>99。%,可以在经典密码破解、大数据搜索、人工智能等方面发挥巨大作用。

现阶段,量子计算机可能和我们目前概念中的计算机差不多,可以用来快速解决很多问题问题。然而,由于巨大的技术挑战,目前尚不清楚何时。将实现通用量子计算机。学术界普遍认为需要20年或更长时间。

科技日报记者:前不久,你们团队搭建了76个光子量子计算原型的“九章”。据媒体报道,它可以在1分钟内完成一台超级计算机1亿年才能完成的任务。在您看来,我国的量子计算处于什么阶段?潘建伟:按照现有的最优经典算法,“九章”处理高斯玻色采样问题比目前最快的超级计算机“富岳”快100万亿倍,标志着我国也成功实现了量子计算的优越性。

“九章”的里程碑比谷歌的“Plananus”快100亿倍左右。除了以“九章”为代表的光量子系统,还有超冷原子和��。��电路也被认为是最有可能的phy。

cal 系统实现量子位的大规模相干操作。在超导量子计算方面,我国也有望在不久的将来实现超越谷歌的“量子计算优势”。在超冷原子体系方面,我国在大尺度原子纠缠、自旋轨道耦合、超冷分子反应等量子模拟的制备和操控方面取得了一系列重要成果。这是为了实现超冷原子系统的特殊量子模拟。

机奠定了基础。离子和硅基量子点等物理系统也具有多位扩展和容错的潜力,也是当前国际量子计算研究的热点。在这些系统中量子计算的基本要素方面,我国积累了大量关键技术,与国际主要研究力量不相上下。另外。

由于拓扑量子计算在容错方面的优越性,利用拓扑系统实现通用量子计算机是一个重要的长期研究目标。目前,国内外都在努力实现单拓扑量子比特。

0 to 1"突破。调节技术迅速。�� 精密测量已进入量子时代科技日报记者:除了以上两大领域,量子精密测量也是量子技术的一个非常重要的细分领域。

相比之下,公众对它可能比较陌生。请您介绍一下量子技术对精密测量的意义?潘建伟:量子态对环境高度敏感,但实际上是一个非常敏感的传感器。同时,物理量的量化也提供了一个非常准确的基准。

例如,光子是光能的最小单位。在一定的频率下,一个光子的能量是一个固定值,所以如果我们可以一个一个地“计数”光子,基本物理量中的发光强度可以用光子的数量来定义,精度和稳定性将得到很大的改善。在这里,“计数”光子实际上是指量子控制的能力。

正是鉴于量子控制和量子信息技术的飞速发展,2018年第26届国际计量大会通过了一项重大决议,通过量化来定义国际单位制。实际上,可以使用许多物理量,例如时间、位置、加速度、电磁场等。利用量子技术实现超越经典技术极限的精确测量。

科技日报记者:量子精密测量包括哪些应用领域?潘建伟:量子精密测量的主要应用包括高精度光学。频标与时频传输、量子陀螺、原子重力仪等量子导航技术,以及量子雷达、微量原子追踪、弱磁场探测等量子敏感探测技术等。这些技术将在惯性导航、下一代时间基准、隐身目标识别、全球地形测绘、医学检测等广泛领域发挥重要作用。

我国在量子精密测量领域与发达国家相比仍有一定差距,但近年来这一差距正在迅速缩小,在某些方面已达到国际公开报道的最高水平。更多资讯请关注前沿科学量子技术相册的相关新闻。

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我的学者实现了量子超表面图像的边缘检测。科技日报记者吴长峰记者从大学获悉。f 中科院郭光灿院士、中科大院士在量子超表面中的中国科学技术。

边缘检测的实验研究取得了重大进展。郭光灿团队的史宝森教授和周志远副教授利用高质量的偏振纠缠源和高效的介质超表面,实现了待检测图像状态在正常模式和边缘检测模式之间的远程切换,并证实在弱光下光场照明,纠缠光子照明比直接单光子照明具有更高的信噪比。该研究成果将于2020年底在线发表于Science Advances。

近年来,超表面材料与量子光学的结合成为重要的研究方向,边缘检测是图像处理中的常用方法。.与传统的数字边缘提取方法相比,模拟边缘提取方法具有更高的速度和更低的能耗,但在量子纠缠照明下对超表面器件的边缘检测尚无相关研究。

在本次研究过程中,研究人员利用线偏振光照射超表面器件,产生光学自旋霍尔效应,使两个圆偏振光出射光场在空间上发生轻微偏移,导致出射光的中间部分场为线性。偏振,边缘部分。圆偏振,再通过检偏器就可以提取出待成像物体的边缘轮廓。

那么,如何在正常模式和边缘检测模式之间远程切换成像模式呢?专家解释说,偏振纠缠光源中的一个光子可用于照明。该光子包含两种可能的偏振态。

通过测量。另一个光子的状态,用于照明的光子的偏振态也将相应地确定。通过远程切换纠缠光子对中用于触发的光子的偏振态,可以切换不同的成像模式。专家表示,这一成果是量子超表面研究在图像边缘检测方面的一次尝试,在图像加密和隐写术方面具有潜在的应用价值。

此外,在光子照射稀缺的场景中,例如酶反应跟踪和生物体观察,较高的信噪比会显示出一定的优势。这项工作将推动更多关于量子光学与超表面材料结合的研究。

编辑:张开新。


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