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潘建伟主讲才斋讲堂第150讲:探索的动机
日期: 2017-12-06  信息来源: 研究生院

探索的动机是什么?从根本上讲,是对于我们的过去和未来的求索。2017年12月3日晚,中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士潘建伟教授做客才斋讲堂,从哲学宗教讲到科学史观,从量子革命讲到信息科技,用生动有趣的语言,向在座的听众描绘了一幅关于量子的美妙图景,揭示了量子信息科学对经典信息技术瓶颈的巨大突破,及其在信息安全、运算速度、测量精度等领域所带来的革命性飞跃,并针对社会经济发展面临的若干重大问题提供了新的解决思路。研究生院常务副院长张东晓主持并全程参加了讲座。

 
潘建伟主讲才斋讲堂第150讲:探索的动机

在介绍量子科学前,潘建伟院士首先带同学们简要回顾了世界科学史,从历史上宗教发挥的重要作用,到近代的科学及产业革命对人类文明发展的推动。到十九世纪末,基于经典物理学机械决定论困惑的两朵乌云激励普朗克及爱因斯坦发展出了一系列新的物理图景,也便有了量子科学的广阔天地。

如何理解量子力学中的基本概念量子叠加呢?现实生活中,人们不能同时出现在两个地方,但是在量子世界里,微观客体可以同时出现在许多地方。潘建伟院士假设了一次从法兰克福飞往北京的旅行:“如果我从法兰克福飞往北京的路上睡着了,我就不知道自己在中途是经过了北边的莫斯科还是经过了南边的新加坡,就好像我同时存在于这两条航线上一样。”他解释道:“在微观世界中,我们看不到粒子是从哪边过来的,它可以同时存在于很多个地方,这就是量子叠加的状态。”

量子科学的重要性之一在于其对现代信息技术的巨大推动。众所周知,信息感知交互自古以来都扮演着重要的角色,从文明传承到隐私保护再到创新进步,它都一直伴随着人类的发展。量子力学是近代科学技术的支柱,在其诞生后100年间,科学家们通过对量子规律的被动观测及其宏观体现的直接或间接应用,已得到很多的重大科学发现和技术成就,与此同时,也遇到了计算能力和信息安全的相关瓶颈。对量子规律的进一步研究将更有效揭示复杂物理系统的规律,突破信息和物质科学技术的经典极限。

谈到课题组的研究进展,潘建伟院士表示,虽然量子加密传输的原理并不复杂,但技术实现是量子通信发展的最大挑战。针对现实条件下器件光源及探测器的不完美,潘建伟院士团队先后实现了诱骗态的量子密钥分发和测量器件无关的量子密钥分发,克服了现实条件下光源和探测器不完美带来的安全隐患,使得量子通信技术的现实应用成为可能。针对远距离量子通信光纤传输的固有损耗,潘建伟院士的团队首先建立了基于可信中继的城际量子通信网络,即京沪量子通信干线,该装置已经被用于金融等领域的保密传输服务。此外,从2003年起,潘建伟院士团队进行了详实的星地量子通信验证实验,并在2016年发射量子卫星墨子号,完成了千公里级的量子密钥分发、量子纠缠分发及量子隐形传态三大科学突破。回顾10年的研究进程,他感言学术研究是厚积薄发的过程,之前可能会走得很慢,但实验结果的产出最终可能只需要几个月的时间。

目前,我国已经掌握了实用化的城域光纤量子通信网络技术,并在国防、政务、金融等领域的信息传送保障方面得到多次应用。量子计算方面,潘建伟院士团队已经实现了对几乎所有重要量子算法的实验演示,并且实现了首个超越早期经典计算机能力的光量子计算原型机,在经典信息领域一直扮演追赶者的中国也已经占据了量子计算的一席之地。目前,潘建伟院士团队正在朝向对50量子比特的相干操纵这一目标努力。关于量子科学的未来展望,潘建伟院士认为前景是非常光明的,他希望结合未来我国的登月计划,实现地球和月球之间的量子纠缠分发,完成对量子力学非定域性的终极检验;达到数百个比特的相干操纵,在特定问题的求解上超越经典超级计算机;研制具备基本功能的通用量子计算原型机,探索在密码分析、大数据分析等重要领域的应用。

 
讲座现场

在讲座的最后,面对同学们的热情提问,潘建伟院士表示量子科学领域的国际竞争已经从技术、人才的狭义竞争,上升到了综合国力的竞争。通过十余年的积累,潘建伟院士课题组的人才技术积累达到了国际领先水平,然而涉及实验实施时,国外开始对先进设备进行封锁,所以,今后该领域的竞争会变得更加激烈及充满挑战。

“量子力学第一次把观测者的意识和物质的演化结合起来。” 最后,潘建伟院士将其对于量子科学的感悟凝练为一句话送给在座的同学们,嘱咐大家相信并期待在未来的100年里,量子力学还将带来更多激动人心的进步。

专题链接:才斋讲堂

编辑:白杨


   
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