15年后量子计算机或可普及,你相信吗?
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量子计算正被视为第四次工业革命的引擎
其独特的并行计算能力
有着攻克传统计算机无解难题的巨大潜力
量子究竟有多厉害?
我国的量子技术发展如何?
不久前
本源量子科学顾问
中国科学院院士
中国量子光学和量子信息的开创者和奠基人
郭光灿教授
做客《大咖薇聊》
详解中国量子研究的“那些事”
以下为部分采访实录
您是否可以跟我们科普一下什么是量子?
郭光灿:量子确实是非常抽象的,你看不见摸不着,可是大家都在说。那么量子是什么?最早怎么会提出个量子?
这要说到19世纪末期,经典物理它已经非常成熟了,包括力学、热力学、统计物理、电动力学,理论都非常成熟,彼此自洽。当时的物理学家认为经典物理的大厦已经建成了,物理学的发展不会再有什么新的突破。可是当时有两朵乌云笼罩在物理学晴朗的天空,这两朵乌云的现象用经典物理学解释不了,其中有一朵乌云就叫做黑体辐射。
黑体辐射是什么呢?一个黑体,它总要不断向外辐射能量,就会有一个辐射谱,这个谱跟温度有关系。德国人做了一系列的实验研究,得出了一系列曲线,叫黑体辐射谱。黑体辐射谱为什么呈现的是这种曲线,世界上最牛的物理学家一一试图解释,却都无法解释清楚,没有一个理论的预言跟实验曲线完全吻合,这个就叫做一朵乌云。
(黑体辐射谱,来源网络)
另一朵乌云是关于光速不变的一个实验,也是经典物理学解释不了,它导致了相对论的产生。所以对这两朵乌云的研究,给我们带来了近代的物理学两个台柱,一个叫相对论,一个叫量子力学。
我们的故事继续下去,德国有一个物理学家叫普朗克,他发现假定辐射的能量不是连续的,是一个一个的变化,存在一种最小的单元,那么基于这个假定就可以推导出一个公式,这个公式可以很好地与实验结果吻合。这个能量的最小单元就叫量子。后来有一个物理学家独具慧眼,看清了这个问题,这个人就是爱因斯坦。那么什么是量子?遵从量子规律的所有粒子或者系统,我们统统叫量子。物理学的发展让我们人类对量子的概念有了一个更深的内涵的认识。
(爱因斯坦与普朗克,来源网络)
我们国家现在量子研究的现状是什么样?
郭光灿:我们国内这20多年来,自2001年我申请到第一个科技部973项目以后,国家投入持续增长,而且研究队伍也不断壮大。
我们现在的状况是什么?整个大领域有很多方面,(比如)量子计算、量子密码、量子保密通信、量子传感等等。在量子纠缠这块我们可能还先进一点,但是量子计算我们还是落后的。总的来看,我们的实力是让国际上很关注的。从量子光学落后20年,现在不但赶上了,在新的领域里,我们已经达到了国际上第一梯队(的水平)了。
中国在量子未来的应用方面是什么样的情况?
郭光灿:现在的应用还不算太多,接近应用的应该是量子保密通信,但还没有办法大规模的应用。现在很多媒体、很多商家都在宣传,所有的量子产品,什么量子水、量子眼镜这都是假的,是商业炒作。还没有一样量子器件老百姓可以用,没有走进千家万户。
我们现在离量子计算机还有多远呢?
郭光灿:量子计算的发展大概有三步,第一步把量子计算器做出来,这个计算器量子比特数比较少,应用范围也小,但它确实是地地道道的量子,确实是一个量子处理器。
第二步把它提高到100个量子比特,就能实现量子霸权——量子霸权就是它的运算速度、能力,所有电子计算机超算中心都赶不上,它是世界上速度最快的处理器。
最后能力再往上提,那就到了通用量子计算机,通用量子计算机解决的难度更大,15年以后它才有可能(普及)。
量子计算机技术在哪个领域是最先可以落地的?
郭光灿:最先哪个落地我不敢说,但是最重要的是人工智能!人工智能是现在追求的智能制造里最重要的一个方面,人工智能在处理很多问题上,会受到处理器的速度影响。
比如很多人告诉我,现在提取信息量的这种流量已经够丰富够快了,4G到5G传输的速度很快了,但是到了终端,要把信息提出来,速度还是慢的。就像高速公路的出口给堵住了,尽管高速路很快,但出口出不去,整个速度仍然是变慢了。所以量子人工智能会打开人工智能的瓶颈,让人工智能效益发挥到最大。
未来的量子器件成本会不会很高?
郭光灿:现在我们还不想这个问题。你先给我做出来,一旦做出来以后,当商品竞争的时候,自然要把成本降下来。所以只有知道原理,按这个(方式)来(批量生产)量子计算机是最合适的,于是材料、比特、操控系统各方面都要降价。现在是还没有到那个阶段,现在是基础研究阶段。
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