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人类的量子信息革命:上帝掷骰子吗?

2020/1/13 9:53:09来源:新浪科技作者:-责编:微尘评论:

回顾2019年的科学进展,量子物理领域收获颇丰:人类首次拍摄到量子纠缠的照片,亲眼看到这种“幽灵般的超距作用”;谷歌实验证明“量子优越性”,演示了量子计算超越经典计算机超级计算能力,一个新的信息技术时代迎来新曙光。

量子领域不断涌现出的新进展,也带来了量子商业的另类“繁荣”。从“量子鞋垫”、“量子水杯”到“量子波动速读法”、量子治疗癌症,这些产品或说法在市场上大行其道,招摇撞骗,充分表明公众对于量子科学仍然知之甚少,需要高质量的、深入人心的科学普及。

2020年1月12日,由智识学研社、知识分子、赛先生和墨子沙龙主办的2020年科学新年演讲在北京隆重举行,聚焦量子信息革命,量子物理学家、中国科学技术大学教授潘建伟奉献了一场关于量子的精彩演讲。

“量子计算和量子保密通讯技术会引领一场新的科技革命,这个革命和历史上其他的几个革命一样,将深远地影响着这个世界。”2020年科学新年演讲主持人、对外经贸大学红天讲席教授高西庆在开场中介绍道。

潘建伟教授的演讲以“从爱因斯坦的好奇心到量子信息革命”为题,回顾了20世纪初量子力学诞生之初爱因斯坦与玻尔的世纪辩论:上帝掷骰子吗?

经典力学告诉我们:一旦确定了初始状态,所有粒子未来的运动状态原理上都是可以被精确预言。这也意味着,一切事件都是在宇宙大爆炸时就已经确定好的。那么,个人的努力还有意义吗?

从1900年普朗克通过普朗克公式描述黑体辐射后提出量子论算起的百余年来,众多物理学家通过对量子规律的观测,已经成功构建起量子力学的物理大厦,这是人类的第一次量子革命。

潘建伟用通俗易懂的语言,介绍了与经典力学相比,量子力学所描述的微观粒子具有量子叠加的特性,而且其状态是不可预先确定的。具体来说,不管测量的手法如何微小,一旦作用发生了,物体的状态就会变化。潘建伟指出,量子力学为回答人类是否具有自主意识提供了可能。

在回答科学基本问题的同时,量子力学也带动了信息技术的发展,包括信息技术发展到今天,对于安全性也有极高的要求,对计算能力也提出了巨大需求,但与此同时,所有依赖于计算复杂度的经典加密算法,原则上都是能被破解的,人类目前拥有的计算能力有限。

潘建伟介绍,科学家在对量子纠缠这一诡异的互动展开大量实验研究的过程中,发展起精细的量子调控技术,而结合量子调控和信息技术,人类迎来了第二次量子革命。

潘建伟指出,人类从对量子规律的被动观测,到对量子状态的主动操纵,正如人类对生物学的认识,从孟德尔遗传定律到DNA结构的伟大跨越。

量子信息包括量子通信、量子计算和量子精密测量三方面。其中,量子通信可以提供原理上无条件安全的通信方式,量子计算可以带来计算能力的飞跃,量子精密测量可以大幅提高测量精度。

2019年10月,谷歌率先实现“量子优越性”,成为近年来国际量子信息领域一标志性事件。而中国科学技术大学团队也在近期实现了复杂度相当于48个量子比特的玻色取样量子计算,逼近谷歌的53个超导量子比特。

“可以预期,以量子信息技术为代表的第二次量子革命也一定会带来人类社会物质文明的巨大进步,同时也给中国一个从经典信息技术时代的跟随者、模仿者转变为未来信息技术引领者的伟大机遇。”潘建伟说。

在谣言终结者的环节,潘建伟还对量子鞋垫、量子水杯、量子波动阅读法等暗黑“科技”做了辟谣。

此外,清华大学杨振宁讲座教授、2019未来科学大奖得主王小云,量子物理学家、清华大学教授薛其坤,经济学家、清华经济管理学院院长白重恩教授,AWS中国人工智能研究院首任院长、上海纽约大学计算机科学教授(学术休假)张峥,生物学家、首都医科大学校长饶毅教授,社会学家、普林斯顿大学谢宇教授等就量子物理与密码学、经济学、社会学、人工智能的交叉话题同台进行了激烈的讨论。

王小云教授介绍了在量子计算的巨大算力面前,经典密码学的安全机制。薛其坤就新的量子信息技术革命何时到来以及相关的影响进行了预测。白重恩教授就经济学家未来在量子计算时代的角色做了分享。

而在“上帝是否掷骰子”的对话环节,更是有人工智能领域、生物学领域、社会学领域专家的跨界对谈。

人工智能专家张峥分享了关于深度学习的黑箱问题的理解。谢宇就社会现象的复杂性和不确定性,从社会学的角度回答了对上帝是否掷骰子的看法。饶毅从生命科学的角度,对于生命的诞生和演化是否是上帝掷骰子的结果给出了自己的回答。

鲁白指出,此次新年科学演讲回答了百年前爱因斯坦的疑问,不确定性的人生是有科学的依据,人生就是在不确定性中寻找确定性,努力改变自己,改变世界。

“这是自然科学和社会科学双重验证的一个答案,这是我们在2020新年的开端,听到的最有科学含量、经受住科学拷问的心灵鸡汤。”鲁白最后总结说。

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关键词:量子通信

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