超遠距離量子傳輸,我國已引領全球

2021-02-08 互聯範兒

北京的新型量子計算機可以在200秒內解決數學難題,而這將需要當前的超級計算機花費數百萬年才能解決,其產生的效果將徹底改變我們的生活和工作方式。

中國通過九章量子計算機的發展實現了「量子至上」,上個月它的計算能力比最快的經典超級計算機快100萬億倍,超過了Google的Sycamore量子設備。

這一事態發展在世界範圍內引起了震驚。但是在這個消息被量子競賽中的競爭對手完全消化之前,北京宣布已經建立了世界上第一個完全集成的量子網絡。本月初,上海和北京之間的衛星中繼和光纖電纜網絡能夠「傳送」大量數據。

現在,全世界都見證了我國量子網際網路的誕生,它將初步用於不可破解的數據傳輸何優化「物聯網」,並進一步實現實時通信,最終徹底改變社會。量子計算可以一次評估多種可能性,而普通的計算機無法執行複雜的計算。專家表示「量子計算不僅僅是快,而是能完成很多連超級計算機也無法做到的事情。」

舉一個例子:一臺普通的計算機如果要找到迷宮的出口,那麼它會依次嘗試每個可能性,通過快速計算並最終找到答案,但是量子計算機可以一次走迷宮的每一條路徑,它可以使不確定性發揮作用。

疊加態

我國科學家將量子信息傳輸到據地球1400公裡的兩顆衛星,然後再傳未來,這是創建全球量子網際網路的第一步,我國的成功使得華盛頓何矽谷感到十分的不安。

香港大學的羅開光教授說,中國現在在量子通信的應用中起著領導作用。他預測,這項技術將在中國軍隊,金融部門以及該國的整體通信領域得到先進的應用。

趙楊路教授(九章的工程師)表示,這項革命性的設計將使需要數億年的傳統超級計算機才能完成的計算在幾秒鐘內完成。這項新技術的應用將改變「量子化學和優化各領域,這將有助於設計新材料和機器學習」。

他解釋說,九章如何在中國的量子網際網路發展中得到部署,「因為它可以用作節點」,從而能夠編程和存儲通過量子網絡傳達的信息。中國設備比美國等競爭對手更具優勢,因為「它使用與網際網路自然兼容的光子,飛行的光子是長距離傳輸信息的最快,唯一明智的方式」。他補充說:「使用光子的量子計算和量子通信共享許多共同的技術」。美國依賴於超冷,超導金屬,而中國的方案可以在室溫下運行。

量子計算機一項有前途的應用使解決機器學習的優化問題並快速讀取海量數據的能力。機器學習又可以應用到很多地方,比如物聯網等。

近年來數十億美元已投入到這項探索中,並且創建了一個新機構:中國量子信息科學國家實驗室。該研究所是建立集成量子網絡的背後指揮官,該集成網絡由兩顆衛星和數千公裡的光纜組成,這些光纜將北京和上海之間的主要政府設施,電網,軍事哨所和銀行連接起來。據稱整個系統不受破壞性網絡攻擊的影響。

量子糾纏

量子計算可以利用量子力學的兩個基本屬性:疊加和糾纏。疊加意味著「量子位」中保存的信息可以同時以兩種不同狀態存在。這可以允許將大量信息存儲在代碼段中。

無限變量使量子計算機具有大量處理能力,因為每個量子位可以一次執行多個計算。疊加還大大提高了量子計算機解決某些問題的速度,而傳統計算機要花費數百萬年才能解決這些問題。例如,中國量子計算機的計算優勢可以在幾秒鐘內解決數學問題,而世界上最快的常規計算機日本的Fugaku大約需要6億年才能解決。

糾纏是量子的另一個優點,並且是量子力學中最奇怪的現象之一。愛因斯坦將糾纏稱為「遠距離的怪異動作」,其中彼此相鄰的亞原子粒子以某種方式相互影響,例如它們旋轉的方向。但是,糾纏的奇怪作用意味著當這兩個粒子分離時,無論距離有多遠,如果一個變化,另一個都會在相同的時間經歷相同的變化,這意味著這兩個粒子是緊密相連的,並且永遠相連。量子設備可以使用糾纏原理來實現指數級的信息傳遞。

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