...抓「關鍵變量」——我國科學家與量子「糾纏」的故事

2020-11-26 東方網

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp(在習近平新時代中國特色社會主義思想指引下——新時代新作為新篇章·習近平總書記關切事)

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp探「微觀世界」抓「關鍵變量」——我國科學家與量子「糾纏」的故事

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp新華社合肥10月27日電 題:探「微觀世界」抓「關鍵變量」——我國科學家與量子「糾纏」的故事

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp新華社記者劉菁、陳芳、徐海濤

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp約一個世紀前,「上帝到底擲不擲骰子」的愛因斯坦-玻爾論戰,為人類開啟了量子世界之門。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp進入21世紀,量子科技發展突飛猛進。習近平總書記指出,加快發展量子科技,對促進高質量發展、保障國家安全具有非常重要的作用。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp要讓量子技術這個決勝未來的關鍵掌握在中國人手中!這是「中國量子軍團」心中的夢想火種。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp120年前量子論誕生之時,中國只能做看客。而今,憑藉一批科學家取得的多光子糾纏、量子反常霍爾效應、「墨子號」衛星等突破,中國已成為全球「第二次量子革命」的重要推動者與引領者。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp百年量子,探究微觀世界推動人類文明

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp10月23日11時,清華大學物理系一間普通辦公室,陽光穿過窗戶灑滿書桌。中科院院士薛其坤正伏案工作,他關注著世界量子科研的新進展,也思考著如何加快培養青年人才。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp個子不高、鄉音濃濃,從沂蒙山區走出來的薛其坤,樸實而風趣。奮鬥與執著,是無數次接近真理的過程,也是他量子路上的人生信條。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp量子反常霍爾效應——全球物理學最熱門的課題之一,因薛其坤團隊的首次成功觀測,中國標註了量子研究新高度。這項成果將推動新一代低能耗電子器件發展,加速信息革命進程。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp1900年,德國物理學家普朗克提出量子論,如今它與相對論並稱現代物理學兩大支柱。但20世紀初,量子論以其「怪異」「悖論」引起軒然大波。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp「什麼糾纏、疊加,量子理論為什麼這麼怪?」1992年,一個名叫潘建偉的中國科學技術大學本科生,在畢業論文中向量子論發起挑戰。始於此,他迷上了微觀世界的奧妙與未知,一生與量子「糾纏」。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp20世紀,量子論催生出核能、雷射、半導體,進而發展出計算機、手機、網際網路,史稱第一次量子革命。21世紀以來,新發現、新技術密集湧現,「第二次量子革命的戰鼓已敲響!」英國《自然》雜誌說。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp量子科技的潛力難以想像:量子通信理論上可做到絕對保密,量子計算讓運算能力指數級增長,量子測量則將精度提升至「原子級」。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp世界競逐因此你追我趕。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp創新自信,中國崛起為世界「量子勁旅」

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp2000多年前的墨子不會想到,他的名字有朝一日會成為中國科技創新的一個標誌。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp全球首顆量子衛星「墨子號」於2016年發射,這意味著,中國將「絕對保密」的量子通信向實用化推進了一大步。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp41歲當選院士,46歲帶領團隊發射「墨子號」,47歲建成世界首條量子通信幹線「京滬幹線」……如今已名震國際學界的潘建偉認為,能擁抱「中國機遇」,是他最大的幸運。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp當前,量子科技已是多國戰略布局的重點。但很少有人知道,研究量子有多難。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp中科院院士王建宇比喻,實現量子衛星「天地實驗」,「相當於人在萬米高空,把硬幣扔進地面的一個儲錢罐。」

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp中科大教授郭國平說,研製量子計算機,就像「用原子壘起一座金字塔」。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp中國量子信息研究起步比發達國家晚了約20年。但21世紀以來,中國異軍突起,取得了多項重大原創成果——

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp多次刷新量子糾纏數量的世界紀錄,2013年首次觀測到量子反常霍爾效應,2017年開通「京滬幹線」實現世界首次洲際量子保密通信……

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp英國《自然》雜誌評價,中國在量子領域,「從10年前不起眼的國家發展為現在的世界勁旅」。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp「中國量子科研正處在黃金時代。」「墨子號」副總設計師彭承志說,日益強大的國力、催人奮進的氛圍是根本保障。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp關鍵變量,小小量子有望撬動遠大未來

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp創新決勝未來,人才關乎成敗。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp日前,2020國際量子大會召開,吸引了全球103個國家和地區數千名學者參會,38歲的中科大教授陸朝陽任組委會主席。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp越來越多的青年闖入微觀世界,在與量子的「糾纏」中嶄露鋒芒,「敢於冒險」的火花在創新中綻放。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp34歲的中科大教授林毅恆,成功製備出原子和分子間「跨界」量子糾纏;合肥本源量子公司董事長孔偉成是個「90後」,目標是3年內研製出50到100比特的量子計算機……

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp習近平總書記強調,當今世界正經歷百年未有之大變局,科技創新是其中一個關鍵變量。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp目前,量子科技處於從實驗室邁向市場的關鍵期。我國量子科技發展存在不少短板,面臨多重挑戰。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp潘建偉認為,我國量子通信研究水平國際領先,量子計算與發達國家處於同一水平線,量子測量還有差距。「我們必須統籌創新要素,牢牢掌握創新和發展主動權!」

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp「像嬰兒一樣,剛學走路的時候跌跌撞撞,之後便會健步如飛走上大道。」中科院院士郭光燦認為,應搶抓機遇推動量子應用。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp抓關鍵變量,增發展動能。

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp在北京,成立了量子信息科學研究院推動產業化;在安徽合肥,產業聚集的「量子大街」初具規模;在山東濟南,規劃到2030年實現量子產業規模300億元……

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp「萊特兄弟發明的第一架飛機只飛了12秒,但它證明了人類能飛上天空。」陸朝陽說,隨著對量子規律更深刻的認識,量子科學將開啟人類更美好的未來。

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  • 習近平總書記關切事——我國科學家與量子「糾纏」的故事
    但20世紀初,量子論以其「怪異」「悖論」引起軒然大波。「什麼糾纏、疊加,量子理論為什麼這麼怪?」1992年,一個名叫潘建偉的中國科學技術大學本科生,在畢業論文中向量子論發起挑戰。始於此,他迷上了微觀世界的奧妙與未知,一生與量子「糾纏」。
  • 人類第一次看見量子糾纏!科學家終於拍攝到量子糾纏的照片
    愛因斯坦他們認為量子力學是錯的:量子力學之所以呈現出不可預測的概率性,是因為還有一些物理變量隱藏起來了。(比如我們不能預測股票市場的漲跌,是因為影響股票市場的變量很多,比如某地發生了山體滑坡會影響股票市場,而如果這個山體滑坡的消息只被少數幾個人知道,對大多數股民來說,這消息就是一個隱變量。)
  • 實現「量子霸權」,糾纏態製備是關鍵
    3月13日下午,潘建偉做客北京航空航天大學沙河校區,帶來了題為「新量子革命:從量子物理基礎檢驗到量子信息技術」的講座。潘建偉講到,可以預期,以量子信息技術為代表的第二次量子革命一定會帶來人類社會物質文明的巨大進步,同時也給了我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。
  • 量子糾纏到底是什麼?為什麼它讓無數科學家抓狂?
    一提起量子糾纏,相信很多朋友都聽說過。這個概念是量子力學裡面的,當我們研究微觀世界就會用到這個概念,但是量子糾纏到底是什麼?今天我來談談這個問題。首先要明白微觀世界和我們宏觀世界有一個很大差別,微觀世界裡面一切都是概率,這個我在前面的文章中已經反覆提到過。什麼叫一切都是概念?
  • 量子比特與量子糾纏
    量子比特與量子糾纏 施鬱 近年來,基於量子疊加的量子信息和量子計算得到很大發展。 除了幹涉,量子疊加與經典概率的關鍵不同還在於,量子疊加態同時也是其他一組基本狀態的疊加,比如每個量子比特的基本狀態既可以選用|0>和|1>,也可以選用(|0>+|1>)/√2和(|0>-|1>)/√2。測量時,可以選擇任意一套基本狀態。對於每一套基本狀態,都有一個概率分布。
  • 量子糾纏的特性是一種量子力學隱性
    整個關鍵共識基本得到確認,同時各種國際研究小組在大規模量子計算方面取得了重大突破,現在新一代超導量子網絡又蓄勢待發。我國超導量子糾纏和量子隱形傳態所取得的巨大進展,證明了量子糾纏性質可以在擴大尺度上起作用,這是由量子糾纏的特性決定的。
  • 我國科學家實現11公裡遠距離量子糾纏純化
    中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恆研究組與南京郵電大學盛宇波等人合作,利用高品質的超糾纏源,首次實現11公裡遠距離量子糾纏純化,純化效率比此前國際最高水平提升6000多倍。該成果日前發表於《物理評論快報》。
  • 量子為什麼會糾纏?量子糾纏的原理?量子糾纏的原因?
    兩個糾纏的量子實際上沒有空間,無論相隔多遠,它們之間都沒有空間,所以他們之間怎麼會有時間?肯定是瞬間到達。任何物質、粒子都是由兩部分組成,包括:一、內部信息,二、外部信息。你的肉眼看見的只是物質外部表皮的顯現,你看不見物質內部信息、外部信息!內部信息在物質裡面,通過儀器可以測量。外部信息擴散在茫茫宇宙,目前科學家測不到。
  • 這個關鍵變量,習近平高度重視
    對量子技術的研究,人類已經研究一個世紀多了。從1900普朗克第一次提出了量子的概念,再到後來愛因斯坦提出光量子的概念,2016年兩會上中國科學院院士潘建偉提出了量子「京滬新幹線」的理論……量子科技再一次被更多的科學家認可,越來越多的科學家將目光投注在量子科技上,並致力於揭示量子力學的奧義,讓量子科技在軍用、民用以及人類健康上做貢獻。可以毫不誇張地說,人類社會正在進入「量子技術」時代。
  • 量子糾纏是如何揭示詭異的量子世界的
    那麼問題來了,為了與量子糾纏現象所揭示的反向關聯特性相符合。傑瑞所在位置的電子自旋必須在任何方向都可測量,這就與海森堡不確定性原理相矛盾,因為這個原理告訴我們電子自旋只能在一個方向上擁有確定的數值,在其它方向上一定是模糊的。EPR據此斷言量子理論是不完備的,並提出可能是某種目前還不為人知的理論導致了量子糾纏現象中粒子的模糊特性,物理學家們將其稱為「定域隱變量理論」。
  • 量子糾纏是如何揭示詭異的量子世界的
    那麼問題來了,為了與量子糾纏現象所揭示的反向關聯特性相符合。傑瑞所在位置的電子自旋必須在任何方向都可測量,這就與海森堡不確定性原理相矛盾,因為這個原理告訴我們電子自旋只能在一個方向上擁有確定的數值,在其它方向上一定是模糊的。EPR據此斷言量子理論是不完備的,並提出可能是某種目前還不為人知的理論導致了量子糾纏現象中粒子的模糊特性,物理學家們將其稱為「定域隱變量理論」。
  • 中美科學家:治癒量子糾纏的致命弱點
    中美科學家聯合解決了量子信息理論中已有20年歷史的問題,該問題涉及如何解決量子糾纏的一個致命弱點,即如何計算糾纏的成本問題,也就是說一種測量糾纏成本的方法,以便以有用的方式有效計算糾纏成本。這一問題廣泛應用於一些量子研究領域中。該最新研究成果論文發表在最近的《物理評論快報》雜誌上。
  • 荷蘭科學家證實量子糾纏:物質遠隔萬裡卻相互作用
    在一個具有裡程碑意義的研究中,荷蘭代爾夫特理工大學的科學家報導,他們的實驗據說可以證明量子力學最根本的理論之一:遠隔很遠距離的物體可以瞬間互相作用。 這一發現是對古典物理稱為「定域性定律」(locality)的基本原則又一打擊。其定律指出,一個物體只能被它周圍的環境直接影響。代爾夫特大學的研究,周三在《自然》雜誌上公布,進一步證實了一個愛因斯坦曾經公開拒絕的想法。
  • 科學家發現提升量子糾纏容量和量子關聯度新方法—新聞—科學網
    華東師範大學教授荊傑泰團隊在量子通信以及量子精密測量領域連續取得重要進展,相繼發現大幅提升量子糾纏容量和量子關聯度的新方法,兩項相關研究成果均於近日發表於
  • 無人機的量子糾纏分發首次實現,中國科學家再次創造量子通訊奇蹟
    二零二零年的一月二十日有一個消息傳出,我國一架重約三十五千克的八軸旋翼無人機飛上了天空,這架飛機就是攜帶量子通訊設備的科研無人機。這架飛機飛到幾十米的時候,像兩個不用的設定點,發射了一對量子糾纏態下的光子,通過一系列的考驗兩個光子在歷經各種考驗之後,依舊能夠完好無損的存在,這就說明中國科學家的實驗得到成功。
  • 愛因斯坦的幽靈量子糾纏之謎
    愛因斯坦在啟動量子力學方面發揮了關鍵作用,通過他的光電效應理論但他對這一理論的哲學含義深感困擾,儘管愛因斯坦以推導出質能方程而聞名於世,他對物理學的最後一次偉大貢獻實際上是,1935年與他的年輕同事Boris,直到20世紀80年代,都被認為是一個奇怪的哲學註腳,這份EPR論文最近成為對量子物理新理解的核心,它描述了一種奇怪的現象,現在被稱為糾纏態,論文首先講述了從一個來源發射出的成對粒子