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  “量子”计算改变我们的生活 (图)

来源:九州娱乐_九州娱乐网_九州娱乐平台软件研究所  发布时间: 2018-03-07 作者:

  从20168月,到20175月,中国首颗量子科学实验卫星“墨子号”升空,全球首条远程量子通信骨干网“京沪干线”贯通,首台多光子可编程量子计算机在上海亮相,演示了超越早期经典计算机的量子计算能力。什么是“量子”?这个微观世界里的“小精灵”如何改变我们以往的认知?

  在物理学中,以牛顿力学为代表的经典物理学体现在宏观世界,而作为现代物理学两大基石之一的量子理论描写微观物理世界,为从微观层面理解宏观现象提供了理论基础。在我们生活的宏观世界里,物体的位置、速度等运动规律,都可以通过牛顿力学精确地测算。但在量子微观世界里,有着与宏观世界截然不同的规则。量子物理学是研究微观粒子运动规律的学科,是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的结构和性质的基本理论。

  在经典物理学中,根据能量均分定理,即“能量是连续变化的,可以取任意值”。而量子物理学提出了能量不连续的概念。量子是最小的、不可再分割的能量单位。经典物理认为光是一种波,而量子物理认为光是一种微粒,具有能量和质量,称为光子。经典物理学认为物体的运动和位置是确定的,而量子物理学认为物体的物体的动量和位置不可能同时有一个确定。

  经典物理和量子物理在我们生活中都演绎着不可缺少的角色,对于经典物理学,它主要是用于人们的生产实践,正因为有了经典物理学,人类才有了工业革命,才有了现在的高新技术,计算机、电子产品、机械工业,才大大提高了人们的生产力。而量子物理在现实世界的应用已经或正在或在未来会为人类社会的发展作出巨大的贡献。

  实例1 量子密码:量子密码是一种利用量子纠缠效应、基于单光子偏振态的全新信息传输方式。其安全之处在于,每当有人闯入传输网络,光子束就会出现紊乱,每个结点的探测器就会指出错误等级的增加,从而发出受袭警报;发送与接收双方也会随机选取键值的子集进行比较,全部匹配才认为没有人窃听。换句话说,黑客无法闯入一个量子系统而不留下干扰痕迹,因为仅仅尝试解码这一举动,就会导致量子密码系统改变自己的状态。相应的,即便有黑客成功拦截获得了一组密码信息的解码钥匙,那他在完成这一举动的同一时刻,也导致了密钥的变化。因而当合法的信息接收者检查钥匙时,就会轻易发现端倪,进而更换新的密钥。

  实例2 量子计算机:相比传统计算机,量子计算机具有无可比拟的巨大优势:并行处理。借助并行处理的能力,量子计算机能够同时处理多重任务,而不是像传统计算机那样还要分出轻重缓急。量子计算机的这一特性,注定它在未来将以指数级的速度超越传统计算机。不过,在量子计算成为现实之前,科学家还需要克服一些艰难挑战。

  实例3 从科幻到现实的远距传输:我们在科幻片中看到的场景,如一个人在一个地方神秘消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方瞬间出现,这在未来也许不再是科幻,通过远距离传输可以实现。在无比奇特的量子世界里,量子呈现的“纠缠”运动状态。在一个地方神秘消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方瞬间出现。它传输的不再是经典信息,而是量子态携带的量子信息,这些量子信息是未来量子通信网络的组成要素。