2020年新年科学演讲，潘建伟揭秘量子信息革命

2019年，量子在人类科技进步方面写了很多。谷歌的实验证明了“量子优越性”，并证明量子计算具有超越经典超级计算机的计算能力。量子驱动的技术革命即将到来，这是真的吗？

日前，由北京知识分子学会、赛先生、墨子沙龙主办的“2020年新年科学演讲”聚焦量子信息革命，邀请著名量子物理学家、中国科技大学教授潘剑伟先生作题为《从爱因斯坦的好奇心到量子信息革命》的演讲。

第一次量子革命:被动观测和应用

事实上，人类经历了一场量子革命。自1900年普朗克公式描述黑体辐射后提出量子理论至今已有100多年，许多物理学家通过观察量子定律成功地建立了量子力学的物理大厦。

"这是第一次量子革命，直接催生了现代信息技术."潘建伟说，基于量子力学原理，核能、半导体晶体管、激光、核磁共振、高温超导材料等许多应用已经问世，极大地改变了我们的生活。

潘剑伟进一步解释说，只有半导体才能有现代通用计算机。为了向世界传送加速器数据，科学家们发明了万维网。量子力学构建了非常精确的原子钟，这使得全球定位系统卫星全球定位和导航成为可能。可以说，量子技术是现代信息技术的硬件基础。

"一部手机至少有八项诺贝尔奖成就."潘剑伟说，其中许多都与量子力学有关。例如，2000年，用于屏幕的导电聚合物获得了诺贝尔化学奖，用于芯片的集成电路获得了诺贝尔物理奖。2007年，用于记忆的巨磁电阻效应获得了诺贝尔物理学奖，2009年，用于照相机的半导体成像器件获得了诺贝尔物理学奖。

第二次量子革命:主动调控

潘剑伟指出，在对量子纠缠的奇怪相互作用进行大量实验的过程中，科学家们发展了精细的量子控制技术。结合量子控制和信息技术，人类迎来了以量子信息技术为代表的第二次量子革命，从被动观察和应用量子定律到主动控制和操纵量子态。这一飞跃，就像人类对生物学的理解一样，已经从孟德尔的遗传定律跨越到了DNA基因工程。

量子信息技术中的量子通信和量子计算能够满足信息技术发展以来对安全性的极高要求和对计算能力的巨大需求。

"量子通信原则上可以提供无条件和安全的通信."潘建伟表示，其目标是实现更大范围的安全信息传输。其发展路线是先通过光纤实现城域量子通信，然后通过中继器建立城际量子通信网络，最后通过卫星传输实现网络无法到达的长距离量子通信。

"量子计算的发展分为三个阶段."潘剑伟认为，第一阶段是谷歌实现的量子霸权，也就是说，要建造一台比目前的计算机速度更快的量子计算机来解决一些特殊问题，它需要大约50个量子位。在第二阶段，我们希望能够操纵数百个量子位来实现一个特殊的量子模拟器，它可以用来解决目前计算机无法计算的高温超导机制和特殊材料设计等问题。第三阶段是争取在未来20到30年内建造一台可编程通用量子计算机。

“我们已经能够缠绕100甚至数百个原子。在一些模拟问题中，我们可以达到世界总计算能力的一百万倍。”潘剑伟透露，2020年，研究团队计划实现对50个光子的相关操控，以验证量子霸权。它的技术路线使用玻色采样，这比谷歌更有优势。据估计，计算速度将达到世界最强超级计算机“顶峰”的1亿倍。在量子通信方面，他们计划开发一种精确度为10 -21次方秒的光学时钟，误差在10万亿年内不到1秒。这项技术还可以提供一种探测引力波的新方法。

“经典计算机是确定性的。不管经典人工智能有多聪明，我们认为它仍然是一个机器人。”潘剑伟总结道，但是量子力学是第一次将观察者的意识与物质的进化结合起来。量子计算机可能与人脑有某种联系。人工智能是一种软件技术，量子计算是一种硬件技术，当人工智能和量子计算结合起来时，实际上是人类创造了一个非生物的“孩子”。

"从某种意义上说，这个孩子可能比我们聪明，甚至超过人类的智力."潘剑伟说道。

潘剑伟新年科学演讲(来源:知识学院)