2025-08-30 12:13:16
本年是个尤其的年份——1925年6月，海森堡于德国黑尔戈兰岛上建设了矩阵力学，用他的方程精准解析了氢原子光谱，这标志着现代量子理论正式降生。到2025年，量子力学恰好走过了100年。 量子力学的降生，像一把钥匙打开了现代信息技术的年夜门。没有它，就不会有今天的盘算机、互联网，更不会有咱们司空见惯的卫星导航体系。已往100年里，它为以信息技术为代表的第三次工业厘革注入了焦点动力，深刻转变了人类文明的进程。 中国科学院院士、2017年未来科学年夜奖物资科学奖获得者潘建伟 而现在，咱们正站于新的出发点上。随着人类操控单个原子、份子、光子的能力不停晋升，一个全新的学科——量子信息科学正于蓬勃生长。未来20年，它也许会与人工智能深度融会，催生又一次庞大的工业厘革。 量子信息：宁静、算力与感知的新可能 许多人会问，量子信息到底有甚么用？简朴说，它能于三个要害领域带来突破性进展：信息宁静传输、强盛盘算能力、切确感知物理世界。 上个月，我及领域内的科学家们于德国黑尔戈兰岛相聚，既回首了量子力学百年景就，也瞻望了量子信息科技未来20年的远景。咱们一致认为，这个领域的前进将极年夜推动整个科技生长，甚至能资助咱们更深刻地舆解生命科学、物资科学、质料科学中的繁杂征象。 先说信息宁静。量子世界有个神奇的特征叫“量子纠缠”，它能让遥远所在的粒子孕育发生切确联系关系。使用这类联系关系，咱们可以天生原理上不成破解的量子暗码，实现信息论可证的最高级别宁静信息传输——也就是说，这类宁静性是数学上能严酷证实的，绝对于靠得住。 图片由AI天生 现在，中国电信已经经有约莫500万量子保密手机用户了。信赖未来20年，愈来愈多的人会用上这类由量子暗码守护的信息宁静手腕，让咱们的通讯多一层“金钟罩”。 再讲讲时频技术。各人认识的GPS及斗极导航体系，其原子钟的精度约莫是1000万年偏差1秒。但若用上量子技术，咱们能造出100亿年甚至更久才偏差1秒的时频装备。这象征着甚么？它能让时间丈量及导航精度迈上一个新台阶。今朝，中国科学家正及国际偕行一路，构建远间隔的时频分发收集，未来咱们的定位、通讯都市更精准、更高效，甚至另有可以为时间单元“秒”提供新的界说。 最使人激动的，另有是量子盘算机。如果未来20年咱们能造出通用量子盘算机，它将提供一种革命性的盘算能力。现在人工智能领域对于算力的需求愈来愈年夜，而量子盘算机有望成为解决这个问题的要害。 祖冲之三号芯片示用意 不外，量子盘算机今朝面对一个年夜挑战：过错率。传统盘算机的单次操作过错率很低，就算运算很久，结果依然可托；但量子盘算机纷歧样，单次操作过错率较高，算的时间一长，结果就可能偏离准确谜底，变患上不成信。 怎么解决？咱们需要“量子纠错”技术。打个比喻，一根洋火棍立于地上，很快就会倒；但三根洋火棍相互支撑，就能立很久；如果有许多洋火棍搭建出安宁结构，就能反抗周围的振动。量子纠错也是这个原理：用许多量子比特（就像洋火棍）构建一个对于情况滋扰不敏感的体系，哪怕有外界影响，盘算也不会堕落。 现在量子纠错已经经有了可喜进展，咱们希望能于5到10年内解决这个问题。也许到2040年，甚至2035年，容错通用量子盘算机就能真正建成。想一想看，那会给世界带来多年夜的转变？ 量子世界的神奇：纠缠与未知 于量子世界的诸多征象里，最使我着迷的是量子叠加及量子纠缠。 经典世界里，一个比特要末是0，要末是1；但于量子世界，一个量子比特可以处在“0+1”的相关叠加状况。如果有两个量子比特，就会孕育发生纠缠——好比处在“00+11”的状况。 这是甚么意思？假定我把两个纠缠的微不雅粒子离开，一个给你，一个我留着。哪怕咱们相距千里，甚至更远，当你不雅测你手中的粒子，获得一个确定结果时，我手中的粒子状况也会刹时确定。爱因斯坦曾经把这类征象称为“遥远所在之间的诡异互动”。 图片由AI天生 我年夜学本科时就对于这个征象着迷，做本科论文时专门研究它，厥后做试验也总想搞明白暗地里的原理。直到现在，所有试验都证实量子纠缠确凿存于，但“为何会如许”，咱们依然没有谜底。就像杨振宁师长教师说的，量子纠缠多是天然界向咱们展示它的强盛——有些工具咱们能理解，好比万有引力、无线电，但总有一些秘密让咱们意想到人类熟悉的局限。 但这其实不故障咱们使用它。量子通讯、量子盘算，许多前沿技术都建设于对于量子纠缠的运用上。咱们也许暂时没法注释“为何”，但可以先学会“怎么用”。 科研要害词：选择、跨界与兴致 常丰年轻人问我，优异的科研团队需要甚么特质？我想起杨振宁师长教师的一句话：对于年青人来讲，选一个正于蓬勃生长的领域，加之自身能力，就能较快取患上结果；如果选了落日领域，再强的能力也难有突破——就像一棵树上没甚么果子了，跳患上再高也摘不到几多。 以是，起首要能判定哪一个领域是“长满果子”的。量子信息科学此千亿球友会-刻就是如许的领域，充满活气及可能。 其次，跨学科相助特别主要。量子信息触及算法（需要数学、盘算机理论）、硬件（需要质料、微纳加工）、物理机制（需要物理学）。咱们团队里，有做光物理的，有做算法的，有做电子学的，各人结合起来，才气做单小我私家做不了的事。好比提出Glover量子征采算法的格罗弗教授，他基础没学过多子力学，只是从盘算机理论出发，使用量子比特可以处在叠加态的特征，就做出了庞大结果。咱们团队近来及人工智能试验室相助，用机械进修快速摆列几千其中性原子，效率比手工编程高多了。这申明，量子信息领域需要数学、盘算机、物理、电子等各领域的人材。 图片由AI天生 末了，兴致是最佳的教员。我于上世纪90年月选择量子领域时，它另有不是热点。但由于感兴致，就愿意带着好奇心坚持下去。做科研难免碰到困难，兴致就是无限耐烦的源泉。 回望量子力学的100年，从理论降生到转变世界；瞻望下一个20年，信赖量子信息科学会带来更多欣喜。咱们也信赖，未来的奇迹，就藏于年青人的好奇与坚持里。 （文章系未来科学年夜奖十周年庆典时期灼烁网采访潘建伟院士的内容，记者宋雅娟、蔡琳采访收拾） ?
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