人類的量子信息革命:上帝擲骰子嗎?

2020-12-05 新浪科技

來源:新浪科技

新浪科技訊 1月13日消息,回顧2019年的科學進展,量子物理領域收穫頗豐:人類首次拍攝到量子糾纏的照片,親眼看到這種「幽靈般的超距作用」;谷歌實驗證明「量子優越性」,演示了量子計算超越經典計算機超級計算能力,一個新的信息技術時代迎來新曙光。

量子領域不斷湧現出的新進展,也帶來了量子商業的另類「繁榮」。從「量子鞋墊」、「量子水杯」到「量子波動速讀法」、量子治療癌症,這些產品或說法在市場上大行其道,招搖撞騙,充分表明公眾對於量子科學仍然知之甚少,需要高質量的、深入人心的科學普及。

2020年1月12日,由智識學研社、知識分子、賽先生和墨子沙龍主辦的2020年科學新年演講在北京隆重舉行,聚焦量子信息革命,量子物理學家、中國科學技術大學教授潘建偉奉獻了一場關於量子的精彩演講。

「量子計算和量子保密通訊技術會引領一場新的科技革命,這個革命和歷史上其他的幾個革命一樣,將深遠地影響著這個世界。」2020年科學新年演講主持人、對外經貿大學紅天講席教授高西慶在開場中介紹道。

潘建偉教授的演講以「從愛因斯坦的好奇心到量子信息革命」為題,回顧了20世紀初量子力學誕生之初愛因斯坦與玻爾的世紀辯論:上帝擲骰子嗎?

經典力學告訴我們:一旦確定了初始狀態,所有粒子未來的運動狀態原理上都是可以被精確預言。這也意味著,一切事件都是在宇宙大爆炸時就已經確定好的。那麼,個人的努力還有意義嗎?

從1900年普朗克通過普朗克公式描述黑體輻射後提出量子論算起的百餘年來,眾多物理學家通過對量子規律的觀測,已經成功構建起量子力學的物理大廈,這是人類的第一次量子革命。

潘建偉用通俗易懂的語言,介紹了與經典力學相比,量子力學所描述的微觀粒子具有量子疊加的特性,而且其狀態是不可預先確定的。具體來說,不管測量的手法如何微小,一旦作用發生了,物體的狀態就會變化。潘建偉指出,量子力學為回答人類是否具有自主意識提供了可能。

在回答科學基本問題的同時,量子力學也帶動了信息技術的發展,包括信息技術發展到今天,對於安全性也有極高的要求,對計算能力也提出了巨大需求,但與此同時,所有依賴於計算複雜度的經典加密算法,原則上都是能被破解的,人類目前擁有的計算能力有限。

潘建偉介紹,科學家在對量子糾纏這一詭異的互動展開大量實驗研究的過程中,發展起精細的量子調控技術,而結合量子調控和信息技術,人類迎來了第二次量子革命。

潘建偉指出,人類從對量子規律的被動觀測,到對量子狀態的主動操縱,正如人類對生物學的認識,從孟德爾遺傳定律到DNA結構的偉大跨越。

量子信息包括量子通信、量子計算和量子精密測量三方面。其中,量子通信可以提供原理上無條件安全的通信方式,量子計算可以帶來計算能力的飛躍,量子精密測量可以大幅提高測量精度。

2019年10月,谷歌率先實現「量子優越性」,成為近年來國際量子信息領域一標誌性事件。而中國科學技術大學團隊也在近期實現了複雜度相當於48個量子比特的玻色取樣量子計算,逼近谷歌的53個超導量子比特。

「可以預期,以量子信息技術為代表的第二次量子革命也一定會帶來人類社會物質文明的巨大進步,同時也給中國一個從經典信息技術時代的跟隨者、模仿者轉變為未來信息技術引領者的偉大機遇。」潘建偉說。

在謠言終結者的環節,潘建偉還對量子鞋墊、量子水杯、量子波動閱讀法等暗黑「科技」做了闢謠。

此外,清華大學楊振寧講座教授、2019未來科學大獎得主王小雲,量子物理學家、清華大學教授薛其坤,經濟學家、清華經濟管理學院院長白重恩教授,AWS中國人工智慧研究院首任院長、上海紐約大學計算機科學教授(學術休假)張崢,生物學家、首都醫科大學校長饒毅教授,社會學家、普林斯頓大學謝宇教授等就量子物理與密碼學、經濟學、社會學、人工智慧的交叉話題同臺進行了激烈的討論。

王小雲教授介紹了在量子計算的巨大算力面前,經典密碼學的安全機制。薛其坤就新的量子信息技術革命何時到來以及相關的影響進行了預測。白重恩教授就經濟學家未來在量子計算時代的角色做了分享。

而在「上帝是否擲骰子」的對話環節,更是有人工智慧領域、生物學領域、社會學領域專家的跨界對談。

人工智慧專家張崢分享了關於深度學習的黑箱問題的理解。謝宇就社會現象的複雜性和不確定性,從社會學的角度回答了對上帝是否擲骰子的看法。饒毅從生命科學的角度,對於生命的誕生和演化是否是上帝擲骰子的結果給出了自己的回答。

魯白指出,此次新年科學演講回答了百年前愛因斯坦的疑問,不確定性的人生是有科學的依據,人生就是在不確定性中尋找確定性,努力改變自己,改變世界。

「這是自然科學和社會科學雙重驗證的一個答案,這是我們在2020新年的開端,聽到的最有科學含量、經受住科學拷問的心靈雞湯。」魯白最後總結說。

相關焦點

  • 《上帝有時擲骰子:信息量子熱力學三定律的發現》
    《信息量子熱力學三定律》理論認為:新版熱力學第一定律是21世紀量子時代人類社會乃至宇宙中最最普適的第一定律。這時新版熱力學第一定律又叫信息量子熱力學第一定律或者質能信息量轉化和守恆定律。經典熱力學第二定律(熵增定律)升級為信息量子熱力學第二定律或者熵增熵減轉化互補定律。
  • 《上帝擲骰子嗎——量子物理史話》了解量子物理發展史
    《上帝擲骰子嗎》是2006年01月01日遼寧教育出版社出版的圖書,作者是曹天元。本書主要通過講述量子物理的發展史,簡單的帶我們了解基本的量子物理知識。量子論是一個極為奇妙的理論:從物理角度來說,它在科學家中間引起了最為激烈的爭議和關注;從現實角度來說,它給我們的社會帶來了無與倫比的變化和進步;從科學史角度來說,也幾乎沒有哪段歷史比量子論的創立得到了更為徹底的研究。然而不可思議的是,它的基本觀點和假說至今沒有滲透到大眾的意識中去,這無疑又給它增添了一道神秘的光環。
  • 上帝擲骰子嗎?「質量、能量、信息、生命、意識、智能、時空、宇宙」都是固有的嗎?
    愛因斯坦說:上帝不擲骰子。玻爾說:你不要支配上帝擲骰子,擲不擲是自發隨機的!一部量子力學發展史就是一部愛因斯坦與玻爾科學觀念和哲學信仰爭論不斷的科學史。讀史可以明智慧,爭論可以長知識。爭來爭去無不是他們對世界總的看法和總的想法不相同而已。簡稱世界觀不同或者哲學信仰不同。人們常說:理論是行動的指南,觀念是行為的先導。哲學觀念真的是對真實世界的主觀反映嗎?
  • 《上帝擲骰子嗎?》讀書筆記下
    「停止爭論吧,上帝真的擲骰子!隨機性是世界的基石,當電子出現在這裡時,它是一個隨機的過程,並不需要有誰給它加上難以忍受的條條框框。全世界的粒子和波現在都得到了解放,從牛頓和麥克斯韋寫好的劇本中掙扎出來,大口地呼吸自由空氣。」甚至有人認為量子理論可以解決計算機的意識問題。「計算機在複雜到了一定程度之後便可以實際擁有意識,持這種看法的人通常被稱為「強人工智慧派」。
  • 一組關於量子理論的名句;上帝不會擲骰子等
    19世紀末20世紀初,物理學處於大發展時期;當時的經典物理理論大廈越來越堅固,欣欣向榮;但同時也飄著兩朵小小額烏雲,但正是這兩朵烏雲,揭開了物理學革命的序幕:一朵烏雲下降生了量子論,緊接著從另一朵烏雲下降生了相對論。量子論和相對論的誕生,使整個物理學面貌為之一新。
  • 上帝擲骰子嗎 量子物理史話
    超星學習通app《上帝擲骰子嗎:量子物理史話》導讀章節測驗答案1【單選題】經典物理體系中不包括(D)。A、量子論B、相對論C、麥克斯韋方程組D、萬有引力定律5【判斷題】量子論是20世紀與相對論齊名的兩大物理革命之一。
  • 我們的命運是隨機的嗎?上帝所擲骰子的結果也是隨機的嗎
    我們的世界的變化結果真的是隨機的嗎?我們的命運也是隨機的嗎?當上帝在擲骰子時的結果難道也會是隨機的嗎?「上帝不會擲骰子」是著名物理學家愛因斯坦的名言。人們把這句名言當做他斷然否定量子力學的證據,因為量子力學把隨機性看作是物理世界的內稟性質。那麼量子力學到底是個什麼學問?
  • 好書推薦——13《上帝擲骰子嗎—量子物理史話》
    《上帝擲骰子嗎—量子物理史話》-曹文元本書將帶你做一次量子之旅。我們從神話時代出發,沿著量子發展的道路,親身去經歷科學史上的烏雲和暴雨,追逐流星的輝光,穿越重重迷霧和險灘,和最偉大的物理學家們並肩作戰。除了回顧基本的歷史背景,我們還將向著未來探險,去逐一摸索量子論面前的不同道路,闖入人跡罕至的未知境地,和先行者們一起開疆擴土。
  • 有書快看 | 上帝擲骰子嗎?豆瓣9.3分的量子力學科普書
    今天有書君想要分享給大家的一本書,書名很有意思啊,叫做《上帝擲骰子嗎》,啥意思呢,這上帝就這麼沒正形嗎,關乎人間大事的決定,要擲骰子? 其實作者起這個名字是有根據的,偉大的科學家愛因斯坦曾經撂下過一句話:「上帝是不擲骰子的!」這句話源於愛因斯坦與物理學家波爾關於量子力學的長期爭論。用量子力學的角度來看,這個世界上的一切,都是因為隨機、無序、偶然而出現的。不過這個理論可就令終身都在追求真相的科學家們感到尷尬了。
  • 愛因斯坦為什麼篤信「上帝不會擲骰子」,這是錯的嗎?
    愛因斯坦起初表達「上帝不會擲骰子」是為了否定量子力學哥本哈根學派對微觀粒子運動規律的詮釋。也無法同時精確測量單獨電子的動量和位置信息。 預測電子的行為只能用電子出現在某一空間的次數來歸納概率。用概率描述電子的運動才是正確的做法。這也是電子云模型的簡易解釋。
  • 量子力學最難理解的地方:上帝到底會不會擲骰子?愛因斯坦這樣說
    大家好,歡迎收看量子科普第97期,我是常常,今天和大家聊一聊關於量子力學中一個經久不衰的話題:上帝到底會不會擲骰子?上帝到底會不會擲骰子?這主要是指經典力學的絕對論與量子力學的隨機性之間的分歧愛因斯坦堅信:上帝是不會擲骰子的,愛因斯坦相信整個世界都是按照一定的規律去運行的,即使在微觀量子世界,微觀粒子也會像鐘錶似的機械地嘀嗒運轉,這種經典物理規律讓宇宙的每個瞬間都可以決定下一個瞬間,宇宙究竟是按照機械規律去運行,還是上帝依靠擲骰子而去隨機管理?
  • 上帝擲不擲骰子?
    「上帝不擲骰子」「量子力學是很酷炫。可內心的聲音告訴我,它並非真實之物。這理論說了一大堆,但並沒有真的帶領我們更加接近『老頭兒』(上帝)的秘密。無論如何,我都確信,上帝不擲骰子。」(Quantum mechanics is certainly imposing.
  • 為什麼量子力學要用概率波描述粒子?上帝真的擲骰子嗎?
    科學認識君的《通俗物理100課》系列【第三課:上帝擲骰子嗎?】或許你聽過這樣的話「如果初學者第一次接觸量子力學,卻沒有感到困惑,那麼他一定是沒搞懂」。這是玻爾的名言,當然原話並不是這樣,但意思完全相同。量子力學中有太多違背常識的地方。
  • 愛因斯坦為什麼要說「上帝不擲骰子」,他發現了什麼?
    在五屆索爾維物理會議上,愛因斯坦和波爾進行了多次的討論,他一直對哥本哈根詮釋不夠滿意,以至於說出了著名的:「上帝是不擲骰子的!」很多人認為,愛因斯坦不願意解釋哥本哈根詮釋中的不確定性原理,才說出了「上帝不擲骰子」這句話,如果把不確定性原理代入宇宙,就像是有一個人不斷的丟骰子,在無限的不確定性中,丟出了宇宙的全部。
  • 為什麼量子力學要用概率波描述粒子?「上帝真的擲骰子嗎?」
    當第一次聽到既是波又是粒子的光子,我深深感受到量子力學滿滿的惡意。畢竟這種思維太「邪乎」了。隨著學習的深入,我慢慢地將這種反常識的思維當做了量子力學的常態。喜歡科普讀物的讀者一定知道《上帝擲骰子嗎》這本書?從字面上看,中心思想指的是微觀世界那「飄忽不定」的粒子運動。
  • 量子力學迫使上帝擲骰子?愛因斯坦:上帝才不帶這樣玩
    在牛頓以前,神學依舊佔據著西方的主流價值觀,但同時又流行起來了愈來愈多的理性派,他們試圖用科學理性的思維來認識世界,而不是一昧的篤信上帝。這典型的代表便是哥白尼,伽利略,克卜勒。牛頓在總結前人的經驗基礎上,重新構建起來了科學大框架。牛頓力學的建立讓人類第一次有了科學大系統,人們認識自然現象除了上帝,終於有了理性的工具了!
  • 上帝不擲骰子?
    不這樣做的原因是量子疊加,量子糾纏這些現象其實非常脆弱,需要非常小心地保護。宏觀物體時時刻刻與環境進行無法避免的相互作用,這些相互作用會很快破壞掉脆弱的量子態。一個宏觀物體哪怕一開始處於量子疊加態,它的量子疊加態也會迅速因環境相互作用的擾動坍縮掉。這個時間尺度是極快的,快到人根本無法察覺。這個過程叫做宏觀物體與環境作用的熱退相干。
  • 上帝到底擲不擲骰子?
    早在二十世紀前期,科學界就因這個問題「大打出手」,一方是以愛因斯坦為代表的「必然派」,一方是以量子力學為武器的「偶然派」。牛頓等科學家構建了經典物理學大廈,在宏觀物理界有著不可動搖的地位。時間推到1905年,愛因斯坦發表了著名的《狹義相對論》,雖然也是利用經典物理學推導出來的對經典物理學的補充修正。
  • 愛因斯坦錯了——我們的世界裡上帝不擲骰子!
    1927年比利時索菲爾科學大會上,當愛因斯坦面臨著神秘的量子世界裡喊出:上帝不擲骰子!世界是有秩序的。然而,事實證明他錯了。我們活著的世界是無法測量的!一、神一般存在的愛因斯坦愛因斯坦的成就有多麼偉大。有位科學家的著名的戲謔之言:自然和自然規律隱匿在黑暗之中。上帝說:『『讓牛頓出生吧!"
  • 愛因斯坦為什麼說「上帝不會擲骰子」,量子世界真的是隨機的嗎?
    這次會議最引人矚目的便是愛因斯坦和玻爾關於量子力學的本質解釋爭論。愛因斯坦也提出了「上帝並不會擲骰子」的言論反對量子力學的隨機論。接下來正文就開始了,為了便於大家理解,筆者採用循序漸進的敘述方式。當你看見一輛汽車在公路上高速行駛時,你只需知道汽車的速度和方向,就可以計算出這輛汽車在下一時刻出現在哪裡。