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量子互联网离我们越来越近,今天来科普一下量
时间:2020-07-19 15:13点击量:


近期,欧盟成员国发布了开展量子技术、量子互联网及其安全的规划书,加大对量子互联网的投入。今年美国也发布了相似的战略构想书,提出将在美国建立量子互联网。

量子互联网是一种基于量子力学原理建立起来的新型互联网。由于量子互联网具有特殊访问方式,每一次访问都会留下“痕迹”而被追踪,因此量子互联网被称为最安全的互联网。

美国和俄罗斯非常重视量子互联网的研究,他们已经在国内搭建了相应的量子实验网。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家5月10日对外透露,他们实验室已悄悄地建起一个小型试验网络并已经成功运行了两年半的时间。俄罗斯也在积极研究打造量子互联网,圣彼得堡国立信息技术、机械与光学研究大学与俄罗斯风险投资公司合作,将利用俄罗斯铁路公司的基础设施打造量子互联网平台。

中国研究量子技术也比较早,技术也比较领先,特别是中国还发射了一颗量子通信卫星。前几年新闻中常出现的中国科学技术大学潘建伟团队的量子通讯研究。

大家看到这里有些好奇,什么是量子呢?这涉及到高深的物理学知识。量子这个中文名字很容易让人误解,让人误以为它是一个粒子。其实量子不是一种具体的微观粒子,和我们常说的电子、质子、中子完全是两回事。简单的说,量子是用来描述一种不连续状态的最小单元。

以前的经典物理中,一般都假设能量是连续变化的,可以取任何值。可是科学家后来发现能量不是连续变化的,具有分离化性质,因此科学家为了描述这种不连续的行为,只能取这些能量的一个最小单位来描述和研究,这个最小单位就叫做量子。量子的英文名称一词来自拉丁语quantus,意为“有多少”,就是代表“相当数量的某物质”。后来科学家发现光有波粒二象性,其它物理量如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的现象,所以也只能用这种量子方式来描述。这样,后来经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森伯、薛定谔、狄拉克、玻恩等人的完善,在20世纪的前半期,初步建立了完整的量子力学理论。

所谓量子通讯,就是指利用量子力学原理来对量子态进行操控的一种通信形式,是21世纪的热门研究领域,量子通讯最大的优点是保密性。

量子计算机这两年也是研究的热门。传统的计算机是用晶体管控制电压的高低来表示1或0;而量子计算机和量子通讯原理一样,通过对量子状态的控制,可以实现比传统1和0这两种更多的状态,这使得量子计算机的计算过程是同时的、并行的。因此算力是基于可操控的比特数量呈指数级的增长。因此量子计算的运算速度将会很快,适合在需要大量数据运算的场合,会对人类社会产生深远的影响。

由于量子计算相关的产品还处于研究阶段,无论量子计算机、量子互联网还是量子通讯,做出成熟的产品还需要时间,因此现在还很难看清哪些公司今后会受益于量子计算。不过我相信经过科学家的不断努力,这些产品会很快出现。