bet36体育在线投,从量子力学到量子技术的第二次革命,“怪异”理论正处于工业化的边缘|新科普

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摘要:自上世纪末以来,量子技术的第二次革命出现在信息技术领域,它正接近工业化阶段,并与人工智能等新一代信息技术交织在一起。形成破坏性的创新。
中共中央政治局近日对量子技术的研究和应用前景进行了第二十四次集体研究。什么是量子技术?科学原理和发展趋势是什么?解放日报《上官报》记者采访了许多科学家。据报道,自上世纪末量子技术第二次革命开始以来,诸如量子通信和量子计算机之类的新一代信息技术已经处于工业化的前夕,预计将触发具有深远影响的工业变革。
量子力学利用概率描述微观粒子
上海交通大学综合量子信息技术研究中心主任金显民教授说:“量子技术是基于量子力学的,它可以帮助我们理解世界上的一切。”事实上,在很多人看来,量子力学非常奇怪。它本来是“欺骗性的”,但实际上,它是从微观到宏观来解释世界上自然现象的最佳理论之一。
所谓的量子是不可分割的物理量的最小单位。如果某个物理量不能连续变化,则只能采用几个离散值进行量化。就像爬楼梯一样,我们只能走一步,而不是一半。科学家发现,物理量似乎在宏观世界中不断变化,但是许多物理量在微观世界中被量化。例如,氢原子中的电子能量只能采用一个基本值-13.6电子伏特或其1 / 4、1 / 9、1 / 16、1 / 25等,但不能为2或1/ 2、13。
除了量化之外,微观世界和宏观世界之间还有许多差异。微观世界最不可理解的特性之一可能是量子叠加态,这是量子力学的基本原理。当经典力学解释宏观世界时,它使用确定的坐标和动量值来描述每个粒子的状态。但是,当物理学家使用此模型描述微观粒子时,他们发现经典力学失败了,因为粒子可以处于“ 0”或“ 0”。状态“ 1”与宏观世界的确定性有很大不同,因此量子力学使用状态向量来描述粒子的状态。简而言之,状态向量是一种概率,这意味着粒子状态是随机的。
对于这种难以捉摸的巧合,中国科学技术大学的卢朝阳教授使用了一个比喻:某些状态可以用向上,向下,向左和向右的箭头表示,因此我们将方向视为一个物理量,但是存在状态为圆形。如果测量“圆形状态”的方向,则它变为具有相等概率的任意箭头状态。以同样的方式,科学家准备了具有相同状态的多个粒子。如果您反复测量它们的位置,您会发现每个实验的结果都是不同的。
潘建伟院士(右)和陆朝阳教授在实验室里。
量子通信和计算机正在向工业化迈进借助量子叠加状态等科学原理,人们可以进行量子安全通信。中国科学院院士,中国科学技术大学教授潘建伟表示,经典传播的信号只有0和1是,在窃听的同时,这两个信号都不会受到干扰。例如,如果两个人打了个电话,其他人可能会错误地将一些电子与通讯线路中的电子分开,然后让他们进入另一条线路以得到一个要拦截的声音,但是,呼叫者无法识别他。量子通信是不同的,不仅具有信号0和1,而且具有诸如0 + 1和0-1之类的量子叠加状态。根据量子力学的不确定性原理和不可克隆性原理,一旦轻触了量子信号,量子叠加态便会受到干扰,并可能“塌陷”到另一个量子态。这样,通信方可以立即注意到。量子计算机的基本原理之一也是量子叠加态。金贤民解释说,在两个处于重叠状态的粒子之间的“量子纠缠”相互作用之后,将存在4个状态(2×2),因为一个粒子既可以处于“ 0”又可以处于“ 1”状态(正方形)。如果100个粒子被量子纠缠,则存在2到100的幂态。如此众多的状态使量子计算机能够具有超级并行的计算能力。
金贤民教授观察了自制的光子集成芯片。
关于量子计算机的研发路径,去年9月出版的《量子信息与量子技术白皮书(合肥宣言)》预测它将分为三个阶段:第一阶段包括实现“量子优势”。,即某些问题的计算能力超出了经典。对于超级计算机,这一目标将在不久的将来逐步实现。第二阶段是实现具有应用价值的专用量子仿真系统。第三阶段是创建需要长期使用的通用可编程量子计算机。全球科学技术界的努力。“据估计,在未来的10到20年中,将有许多专门的量子模拟系统能够成功地用于催化化学反应的模拟,并且正在开发高温超导材料的生产,”该系教授吴彪说。北京大学物理学系,它们的计算效率比传统计算机要高得多,因此,预计这些领域的科学研究效率将大大提高,从而有助于科学家开发更多更好的新药物,新材料,以及其他结果。
据金先民介绍,自上世纪1940年代初逐步建立量子力学以来,发生了第一次量子技术革命,带来了原子弹,半导体晶体管和激光等重要成就。自上世纪末以来,量子技术的第二次革命发生在信息技术领域,正在接近工业化阶段,并与人工智能等新一代信息技术交织在一起,有望形成颠覆性的创新。。“量子技术的国际竞争非常激烈。近年来,许多国家和地区的政府在这一领域投入了大量资金。党的量子技术中央委员会的高度重视将迫使我们迈向国际竞争的高度。”

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