坐了20年冷板凳 我们离“量子霸权”还有多远?

2019年07月02日 15:29 次阅读 稿源:观察者网 条评论

【量子计算机被认为是当今最有前景的前沿技术之一,因为量子计算机可以比传统计算机处理更多地数据,并有望改变整个世界。在2019年的国际消费类电子产品展览会上,IBM公司研制的最新量子计算机惊艳亮相。这项被公认的颠覆性高科技是不是即将走进我们的生活?

原标题:郭光灿:坐了20年冷板凳,我们离“量子霸权”还有多远?

中科院院士,中国科学技术大学教授郭光灿在《中国经济大讲堂》的演讲中指出,一个时代到来一定有个标志性的东西,只有通用量子计算机得到实际应用,到那个时候,我们就可以宣称量子时代到了。】

中科院院士,中国科学技术大学教授郭光灿

郭光灿:什么叫量子,凡是运动规律遵从量子力学的那些客体,统统叫量子。

它和我们所说的经典世界有什么不同?为什么来了个量子?肯定不同,因为它们遵从的物理定律不同,一个遵从牛顿力学、电动力学这经典物理的,叫做经典世界,这是大家很熟悉的一个世界,而我们所熟知的经典世界,所有这些量都是确定的。所以我们生长在一个确定的世界里,而量子世界是一个不确定的概率性的世界,你看这两个世界有多大差别。

比如说这个空间里有一个粒子,那么经典世界说这个时间这个粒子在空间哪一个位置,它是完全确定的,如果它不确定的话,那我的导弹打飞机我怎么打,所以它的轨迹一定是确定的,到哪儿我就打哪儿,对不对?

但是量子就不一样了,量子是不确定的。这个世界里面、这个空间有一个量子,这个量子可能是光子,可能是电子,可能是夸克,那么问这个粒子在空间哪一个位置,量子力学告诉你它是不确定的,概率的空间上哪一点都可以找得到它,一旦找到了就是一个,这个叫概率性,所以它是概率分布的,这就是很大的不同。

还有更不同、更奇怪的,如果一个粒子从空间的一点到另一点有几条路,那么,比如说我从合肥到北京,我可以坐高铁,我可以坐飞机,就是有两条路。一旦到了北京以后,你问我从哪里来,我说我买的高铁票,我肯定坐高铁不坐飞机,那我就走了一条路。

经典物理是确定的,我的轨迹、运动轨迹是确定的。要是量子的话,我是个量子,我从合肥到北京有两条路,有高铁,有飞机。我一旦过来了,你问我怎么来的?假设我是量子,我说,我既坐高铁又坐飞机,我两条同时来,为什么?它是概率的,它是不确定的,这是它的特点。这个你就很奇怪对不对?但是自然界就是这么存在这种性质的粒子,它就按这种规律行事。所以我们不能不承认,你要去理解它。

美国人在2016年提出,要在五年之内,搞几十个量子比特的量子计算机来供科学家做科研用。然后美国所有的军工实验室、高校实验室和各大公司都投入到量子计算机的研制当中,尤其是公司,他们的投入非常大,因为他们的目标就是占领未来的市场。

现在闻到这个市场快来了,不是遥远的未来,大家都想抢这块蛋糕。几乎所有大公司都投入了,这个投入对促进量子计算机的发展是很有用的,因为他们有资源,研制量子计算机的速度就可以加快。

欧盟也不落后,它花了10亿欧元,搞了一个量子宣言。从去年就开始启动,它把所有的量子技术都作为它的发展对象,其中,他们打算15年以后,做一个实际可用的通用量子计算机。澳大利亚,整个国家也做量子计算机,它不做超导做硅基,做硅基的量子计算机。

整个来说,量子计算机处在一个从晶体管向集成电路过渡的那个阶段,电子计算机就经历过这个阶段,现在量子计算机也走到差不多这个阶段了。最近这几年,就是研制量子计算机最关键的年份,所以我们会不断听到国际上、国内外在这方面的一些进展。

那么究竟量子时代什么时候能到来?我们碰到两个困难。

第一个困难,量子器件是我们宏观的世界的人要用的,所以是宏观器件,宏观器件又是做量子的,所以实际上是个人造的量子系统,人造的量子系统它的相干时间就非常短,所以我们要在宏观世界上保持它的量子性不消失掉,一消失掉了它的功能就丧失掉了,又回到经典的时代了。所以我们如何确保它的量子性不消失掉,这是个困难,这个困难是很大,这个困难阻碍着我们很快发展。

另外一个困难,就是人类要操控量子计算机,比如说我们人类掌握的经典器件,我用经典器件去操纵一个量子比特,让它按照我需要的方式运行,到哪儿去控制它?这就是对于量子世界的调控,这个技术人类还没有掌握到非常成熟。

我们可以命令火星上一个探测器把矿拿出来,挖矿出来做光谱分析,把分析的数据发到地球,为它们进行精确的控制,这叫经典操控。人类的经典操控技术已经达到非常高,可我们对量子世界还刚开始操控,我们技术还很落后。

2012年两个物理学家得到了那一年的诺贝尔物理学奖,奖励他们什么?他们操控了单个粒子、单个原子和单个光子,就操控了一个,他就得了诺贝尔奖,因为他有很重要的进步,而我们现在面临的是量子计算机成千上万的量子处理器,我们要控制它难度很大,所以人类还得有一段时间来学习怎么控制微观世界。

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