我國5年建成全量子網(wǎng)絡(luò)雛形 物質(zhì)可“瞬間轉(zhuǎn)移”
我國5年建成全量子網(wǎng)絡(luò)雛形 物質(zhì)可“瞬間轉(zhuǎn)移”
2011年07月04日 來源: 千龍網(wǎng) 瀏覽次數(shù): 0
世界著名計(jì)算機(jī)學(xué)家姚期智在“量子信息科學(xué)前沿”暑期研討班上演講
臺下專家與姚期智先生交流
清華大學(xué)交叉信息研究院副院長王躍宣在“量子信息科學(xué)前沿”暑期研討班上發(fā)言
清華大學(xué)量子信息中心副主任段路明在“量子信息科學(xué)前沿”暑期研討班上發(fā)言
千龍網(wǎng)北京7月4日訊（記者 于振華）今天上午，清華大學(xué)交叉信息研究院主辦的“量子信息科學(xué)前沿”暑期研討班在京開班，130多名來自中、美、英、法、日、意等國的青年學(xué)者們匯聚一堂，研討該學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀和前景。有專家指出，我國5年內(nèi)有望將建成世界上第一個“全量子網(wǎng)絡(luò)”雛形，而研制新型“量子計(jì)算機(jī)”將面臨諸多巨大挑戰(zhàn)。
我國5年內(nèi)將建成第一個“全量子網(wǎng)絡(luò)”雛形
“科幻片《星際旅行》中經(jīng)常出現(xiàn)把一個人從太空飛船一下子傳到地面的情節(jié)，在我們現(xiàn)實(shí)中，未來的‘全量子網(wǎng)絡(luò)’強(qiáng)大的量子傳輸能力則在理論上可以實(shí)現(xiàn)?！?世界著名計(jì)算機(jī)學(xué)家姚期智在清華大學(xué)交叉信息研究院主辦的“量子信息科學(xué)前沿”暑期研討班上接受記者采訪時解釋說，量子信息前沿物理研究滲透許多前沿物理學(xué)科，我國將在5年內(nèi)創(chuàng)建世界上第一個新型的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“全量子網(wǎng)絡(luò)”雛形。
據(jù)記者了解，將一個粒子的量子信息發(fā)向遠(yuǎn)處的另一個糾纏粒子，該粒子在接收到這些信息后，會成為原粒子的復(fù)制品。一個粒子可以傳遞有限的信息，而億萬個粒子聯(lián)手，就形成量子網(wǎng)絡(luò)。而“全量子網(wǎng)絡(luò)”，指由量子傳輸通道和量子結(jié)點(diǎn)組成的復(fù)雜信息網(wǎng)絡(luò)，能在結(jié)點(diǎn)之間傳輸任意量子態(tài)以及量子糾纏。
與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)所不同的是，全量子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了量子物理特性，可突破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)物理極限，具有更強(qiáng)信息傳輸和處理能力。在全量子網(wǎng)絡(luò)每個量子結(jié)點(diǎn)有一定的信息存儲和處理功能，單個量子結(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個小型的量子計(jì)算機(jī)，而量子通道則連接不同小型量子計(jì)算機(jī)。
量子粒子是脆弱的，一點(diǎn)風(fēng)吹草動就會讓它丟失信息。例如，盡管人類眼睛的分辨率達(dá)不到分辨量子粒子的水平，而人類眼睛發(fā)送的光子卻可以到達(dá)量子粒子，因而只要我們看一眼量子態(tài)的粒子，它的狀態(tài)就有可能被破壞了。所以，長期以來，量子網(wǎng)絡(luò)只被當(dāng)作科學(xué)幻想來看待。
迄今為止，世界上還沒有真正意義上的全量子網(wǎng)絡(luò)。但是，世界各地的許多實(shí)驗(yàn)室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，方案并不少，問題是在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)對微觀量子態(tài)的操縱確實(shí)太困難了。目前，科學(xué)家們已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點(diǎn)操縱、超導(dǎo)量子干涉等。
目前，束縛離子方案因?yàn)槠淞己玫牧孔涌煽匦?，在量子?jì)算和全量子網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)中處于領(lǐng)導(dǎo)地位。中國的束縛離子研究目前還處于比較薄弱的地位，而清華大學(xué)量子信息中心正致力于該領(lǐng)域的科研教學(xué)。此次召開的“量子信息科學(xué)前沿”研討班也正是為了搭建一個培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)子、吸納優(yōu)秀領(lǐng)域人才的平臺。
研制新型量子計(jì)算機(jī)將面臨諸多巨大挑戰(zhàn)
量子信息科學(xué)在過去10年間取得了巨大發(fā)展，它聯(lián)系多個科學(xué)領(lǐng)域，其中包括物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和信息技術(shù)。這些不同領(lǐng)域間富有成效的交叉互動，也帶來了許多激動人心的革命性進(jìn)展，在過去10多年內(nèi)，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在原則上如果用最新的方法量子物理來做一個新型量子計(jì)算機(jī)，或可解決一些目前不能解決的問題。
“比如，一個非常重要的問題分解一個大的整數(shù)。要知道，現(xiàn)在世界上最安全的密碼，就是根據(jù)分解大的整數(shù)來制定的。一旦有了量子計(jì)算機(jī)后，這些密碼的安全性就完全消失了?！币ζ谥钦J(rèn)為，正因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)具有可破解現(xiàn)有的密碼從而建立新的密碼這一特性，涉及國家信息安全，故而世界各國紛紛投入巨資從事量子計(jì)算機(jī)研究。第一臺量子計(jì)算機(jī)的問世至少需要10年、甚至更長一點(diǎn)時間。
據(jù)介紹，目前已有理論研究工作表明，全量子網(wǎng)絡(luò)在信息安全、分布式量子計(jì)算和新材料量子仿真等領(lǐng)域有重要的學(xué)術(shù)研究意義與應(yīng)用價(jià)值。但由于全量子網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，目前人們對其認(rèn)知尚屬于初步，而且由于量子信息不可克隆，具有特殊性與脆弱性，全量子網(wǎng)絡(luò)的物理實(shí)現(xiàn)對科學(xué)家操控量子態(tài)的能力，提出了極大挑戰(zhàn)。
“研究量子網(wǎng)絡(luò)的目的也不是要用它來取代現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)?！币ζ谥歉嬖V千龍網(wǎng)記者，量子網(wǎng)絡(luò)能使計(jì)算的概念煥然一新，這是量子網(wǎng)絡(luò)與其他計(jì)算機(jī)如光計(jì)算機(jī)和生物計(jì)算機(jī)等的不同之處。量子網(wǎng)絡(luò)的作用遠(yuǎn)不止是解決一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的問題。全量子網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和量子結(jié)點(diǎn)的物理實(shí)現(xiàn)、物理平臺構(gòu)建與關(guān)鍵物理器件實(shí)現(xiàn)，將是2010年12月啟動的973導(dǎo)向項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。
據(jù)了解，5年后建成的全量子網(wǎng)絡(luò)雛形將擁有8至10個節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)范圍將達(dá)到100公里。完成后，彼此間能可靠傳遞量子信息，成功演示量子算法和全量子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；將適用于遠(yuǎn)程量子通訊的量子光源成功集成進(jìn)全量子網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展集成化量子路由器。
同時，專家們還將進(jìn)一步開展全功能量子計(jì)算結(jié)點(diǎn)、超長相干時間的量子存儲器、量子計(jì)算結(jié)點(diǎn)與量子光通訊通道間的量子界面研究，為下一個5年計(jì)劃實(shí)現(xiàn)全量子存儲網(wǎng)絡(luò)以及未來實(shí)現(xiàn)長程全量子網(wǎng)絡(luò)作前瞻性部署。
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