量子網際網路離我們越來越近,今天來科普一下量子的相關知識

2020-11-29 懶洋洋談投資

近期,歐盟成員國發布了開展量子技術、量子網際網路及其安全的規劃書,加大對量子網際網路的投入。今年美國也發布了相似的戰略構想書,提出將在美國建立量子網際網路。

量子網際網路是一種基於量子力學原理建立起來的新型網際網路。由於量子網際網路具有特殊訪問方式,每一次訪問都會留下「痕跡」而被追蹤,因此量子網際網路被稱為最安全的網際網路。

美國和俄羅斯非常重視量子網際網路的研究,他們已經在國內搭建了相應的量子實驗網。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家5月10日對外透露,他們實驗室已悄悄地建起一個小型試驗網絡並已經成功運行了兩年半的時間。俄羅斯也在積極研究打造量子網際網路,聖彼得堡國立信息技術、機械與光學研究大學與俄羅斯風險投資公司合作,將利用俄羅斯鐵路公司的基礎設施打造量子網際網路平臺。

中國研究量子技術也比較早,技術也比較領先,特別是中國還發射了一顆量子通信衛星。前幾年新聞中常出現的中國科學技術大學潘建偉團隊的量子通訊研究。

大家看到這裡有些好奇,什麼是量子呢?這涉及到高深的物理學知識。量子這個中文名字很容易讓人誤解,讓人誤以為它是一個粒子。其實量子不是一種具體的微觀粒子,和我們常說的電子、質子、中子完全是兩回事。簡單的說,量子是用來描述一種不連續狀態的最小單元。

以前的經典物理中,一般都假設能量是連續變化的,可以取任何值。可是科學家後來發現能量不是連續變化的,具有分離化性質,因此科學家為了描述這種不連續的行為,只能取這些能量的一個最小單位來描述和研究,這個最小單位就叫做量子。量子的英文名稱一詞來自拉丁語quantus,意為「有多少」,就是代表「相當數量的某物質」。後來科學家發現光有波粒二象性,其它物理量如角動量、自旋、電荷等也都表現出這種不連續的現象,所以也只能用這種量子方式來描述。這樣,後來經過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森伯、薛丁格、狄拉克、玻恩等人的完善,在20世紀的前半期,初步建立了完整的量子力學理論。

所謂量子通訊,就是指利用量子力學原理來對量子態進行操控的一種通信形式,是21世紀的熱門研究領域,量子通訊最大的優點是保密性。

量子計算機這兩年也是研究的熱門。傳統的計算機是用電晶體控制電壓的高低來表示1或0;而量子計算機和量子通訊原理一樣,通過對量子狀態的控制,可以實現比傳統1和0這兩種更多的狀態,這使得量子計算機的計算過程是同時的、並行的。因此算力是基於可操控的比特數量呈指數級的增長。因此量子計算的運算速度將會很快,適合在需要大量數據運算的場合,會對人類社會產生深遠的影響。

由於量子計算相關的產品還處於研究階段,無論量子計算機、量子網際網路還是量子通訊,做出成熟的產品還需要時間,因此現在還很難看清哪些公司今後會受益於量子計算。不過我相信經過科學家的不斷努力,這些產品會很快出現。

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