2019年，量子在人類科技進(jìn)步中書寫了濃墨重彩的一筆。谷歌實(shí)驗(yàn)證明了“量子優(yōu)越性”，演示了量子計(jì)算具有超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。難道說(shuō)，一場(chǎng)量子驅(qū)動(dòng)的科技革命真的要來(lái)了？

　　日前，由智識(shí)學(xué)研社、知識(shí)分子、賽先生和墨子沙龍主辦，在北京召開的“2020年新年科學(xué)演講”就將目光聚焦在量子信息革命上，并邀請(qǐng)著名量子物理學(xué)家、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉作了題為“從愛因斯坦的好奇心到量子信息革命”的演講。

　　第一次量子革命：被動(dòng)觀測(cè)與應(yīng)用

　　事實(shí)上，人類已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)一次量子革命。那就是從1900年普朗克通過(guò)普朗克公式描述黑體輻射后提出量子論算起的百余年來(lái)，眾多物理學(xué)家通過(guò)對(duì)量子規(guī)律的觀測(cè)，成功構(gòu)建起量子力學(xué)的物理大廈。

　　“正是第一次量子革命直接催生了現(xiàn)代信息技術(shù)。”潘建偉表示，基于量子力學(xué)原理，核能、半導(dǎo)體晶體管、激光、核磁共振、高溫超導(dǎo)材料等諸多應(yīng)用問世，很大程度上改變了我們的生活。

　　潘建偉進(jìn)一步解釋，有了半導(dǎo)體，才有現(xiàn)代意義上的通用計(jì)算機(jī)；為了向世界傳遞加速器數(shù)據(jù)，科學(xué)家們才發(fā)明了萬(wàn)維網(wǎng)；量子力學(xué)構(gòu)建起非常精確的原子鐘，才使GPS衛(wèi)星全球定位、導(dǎo)航等成為可能。可以說(shuō)，量子技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的硬件基礎(chǔ)。

　　“一部手機(jī)當(dāng)中，至少凝聚了8項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)成果。”潘建偉談到，其中很多與量子力學(xué)有關(guān)。例如，2000年，用于屏幕的導(dǎo)電聚合物獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，用于芯片的集成電路獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；2007年，用于存儲(chǔ)器的巨磁阻效應(yīng)獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；2009年，用于相機(jī)的半導(dǎo)體成像器件獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　第二次量子革命：主動(dòng)調(diào)控和操縱

　　潘建偉指出，科學(xué)家在對(duì)量子糾纏這一詭異的互動(dòng)展開大量實(shí)驗(yàn)研究的過(guò)程中，發(fā)展出精細(xì)的量子調(diào)控技術(shù)，而結(jié)合量子調(diào)控和信息技術(shù)，人類迎來(lái)了以量子信息技術(shù)為代表的第二次量子革命，從對(duì)量子規(guī)律被動(dòng)的觀測(cè)和應(yīng)用變成了對(duì)量子狀態(tài)的主動(dòng)調(diào)控和操縱。這一飛躍，正如人類對(duì)生物學(xué)的認(rèn)識(shí)從孟德爾遺傳定律跨越到DNA基因工程。

　　量子信息技術(shù)中的量子通信、量子計(jì)算能夠滿足信息技術(shù)發(fā)展至今對(duì)安全性的極高要求，和對(duì)計(jì)算能力的巨大需求。

　　“量子通信可以提供原理上無(wú)條件安全的通信方式。”潘建偉介紹，它的目標(biāo)是要在更大的范圍里實(shí)現(xiàn)安全的信息傳輸。它的發(fā)展路線是，先通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通信，再通過(guò)中繼器建立城際量子通信網(wǎng)絡(luò)，最后通過(guò)衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)達(dá)不到的遠(yuǎn)距離量子通信。

　　“量子計(jì)算的發(fā)展則要分為三個(gè)階段。”潘建偉認(rèn)為，第一階段，就是谷歌實(shí)現(xiàn)的量子霸權(quán)，即針對(duì)一些特殊問題，造出一臺(tái)比目前計(jì)算機(jī)更快的量子計(jì)算機(jī)，大概需要50個(gè)量子比特；第二階段，他們希望能夠操縱幾百個(gè)量子比特，實(shí)現(xiàn)一種專用的量子模擬機(jī)，用于高溫超導(dǎo)機(jī)制、特殊材料設(shè)計(jì)等目前計(jì)算機(jī)無(wú)法處理的問題；第三階段就是爭(zhēng)取未來(lái)二三十年，造出可編程的通用量子計(jì)算機(jī)。

　　“我們已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)100個(gè)甚至幾百個(gè)原子的糾纏，在一些模擬的問題里，大概能夠達(dá)到全世界計(jì)算能力總和的100萬(wàn)倍。”潘建偉透露，2020年，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)對(duì)50個(gè)光子的相關(guān)操縱，驗(yàn)證量子霸權(quán)。其技術(shù)路線采用玻色取樣，相比谷歌更具優(yōu)越性，預(yù)計(jì)計(jì)算速度將達(dá)到全球最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)“頂點(diǎn)（Summit）”的1億倍。在量子通信方面，他們計(jì)劃研制一臺(tái)光鐘，精度達(dá)到10-21秒，大概10萬(wàn)億年誤差不超過(guò)1秒鐘，這種技術(shù)也可以提供一種引力波探測(cè)的新途徑。

　　“經(jīng)典計(jì)算機(jī)是決定論的，經(jīng)典人工智能無(wú)論多么聰明，我們覺得那還是一個(gè)機(jī)器人。”潘建偉總結(jié)道，但是量子力學(xué)第一次把觀測(cè)者的意識(shí)與物質(zhì)的演化結(jié)合起來(lái)，量子計(jì)算機(jī)可能和人類的大腦有一些相通。人工智能是一種軟件技術(shù)，量子計(jì)算是硬件技術(shù)，人工智能和量子計(jì)算結(jié)合到一起的時(shí)候，其實(shí)是人類自己創(chuàng)造出了一個(gè)非生物體的“小孩”。

　　“從某種意義上來(lái)講，這個(gè)‘小孩’可能比我們更聰明，甚至可以超越人類的智慧。”潘建偉說(shuō)。（記者 胡定坤）

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