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全球首颗量子实验卫星将发射,“量子互联网”有多牛?  

2016-05-26 10:58:23|  分类: 科学和技术 |  标签: |举报 |字号 订阅

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全球首颗量子实验卫星将发射,量子互联网有多牛?

来源: 科普中国-科技前沿大师谈

 

全球首颗量子科学实验卫星有望7月发射

今年夏天,暗物质粒子探测卫星悟空将可能迎来一位小伙伴。全国政协委员、中科院院士潘建伟透露,全球首颗量子科学实验卫星有望在7月发射,名字暂时保密。潘建伟说,在研制它时,最困难的环节是它的有效载荷,攻克了许多技术难题才拿下

如果该卫星成功运行,中国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,并结合地面已有的光纤量子通信网络,初步构建一个广域量子通信体系。2016年下半年,“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网即将建成。届时,一个天地一体化的量子通信网络的雏形就形成了。展望量子通信前景,未来我国还将建设全球化的量子通信基础设施,形成完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系统,构建基于量子通信安全保障的未来互联网,即“量子互联网”。

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潘建伟透露,该卫星已完成载荷正样产品、卫星平台正样产品研制、整星电测和热平衡试验,正在开展发射星集成测试、EMC测试、力学试验、磁测试等工作。简而言之,就是卫星硬件方面准备得差不多啦!

在科学应用系统方面,现在已完成兴隆、南山、德令哈量子通信地面站的验收测试。此外,德令哈量子通信地面站与卫星有效载荷初样鉴定件的对接实验,阿里量子隐形传态实验舱验收也已经完成了。

卫星上天后,科学应用系统将在首席科学家的主持下,协调卫星和各大系统,实现预定科学目标。量子科学实验卫星的发射,表明中国正从经典信息技术的跟随者,转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者。潘建伟说,我希望它尽快走进每个人的生活,就像计算机曾经做到的一样,改变世界。

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什么是量子?潘建伟拿好莱坞电影《蚁人》举例:电影中,主角斯科特为了拯救世界,把自己无限缩小,最后进入的就是量子世界。它是微观世界里一个不可分割的基本个体。比如光,就是由大量光量子组成的。

 

量子通信京沪干线项目有望年底完成

量子具有许多不同于宏观物理世界的奇妙特性,若能掌握这些特性,则有望实现对信息处理能力革命性的突破。因此,量子信息被认为是全球下一代通信和计算机技术的基础性和战略性研究。

中国计划在2030年建成全球化的量子通信网络,因此在2011年启动了量子科学实验卫星的研制,2013年启动了光纤量子通信骨干网工程京沪干线项目。

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量子通信概念图

京沪干线项目是连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络,中间还有合肥、济南等重要节点,全长2000余公里,属世界首例。它建成后将广泛用于金融、政务等领域信息的安全传输。潘建伟透露,这条量子保密通信骨干线路预计9月底完成全部应用系统交付,并开始全系统上线联调,年底完成项目总验收。

截至目前,项目已建设完成15个中继机房、1554公里主干线路光缆勘查和改造。其中,北京城域量子网络已经完成了部署和测试验收,全天候24小时连续运行,系统稳定运行时间已超过5000小时。下一步将进行上海接入网的施工建设和主干线二期的建设工作。

潘建伟说,如果说京沪干线像连接地面每个城市、每个信息传输点的,量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的标枪。当这张纵横寰宇的量子通信之织就,海量信息将在其中来去如影,并且无条件安全。

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我国量子通信的发展路线图。(编制:汪海伦 宋金玉)

无条件安全的量子互联网有多牛?

量子通信,指利用光子的量子状态加载并传输信息。从原理上来说,量子通信是无条件安全的通信方式。潘建伟说,由于作为信息载体的单光子不可分割、量子状态不可克隆,可以实现抵御任何窃听的密钥分发,进而能保证用其加密的内容不可破译。

信息科技进一步发展面临着两大瓶颈,即计算能力瓶颈和信息安全瓶颈:一方面,随着半导体晶体管的尺寸接近纳米级,电子的运动不再遵守经典物理学规律,半导体晶体管将不再可靠,著名的摩尔定律终将失效;另一方面,芯片后门、光缆窃听、棱镜门等窃听与黑客攻击,以及超级计算机运算速度突破亿亿次每秒,使得信息面临着越来越严重的窃听和破译风险。量子力学在百年来的发展过程中,已经为解决这些重大问题作好了准备。潘建伟说。

潘建伟、陆朝阳等不久前在国际上首次实现基于半导体量子点的高效率和高全同性的单光子源,综合性能达到国际最优,为实现基于固态体系的大规模光子纠缠和量子信息处理技术奠定了科学基础。

潘建伟领导的科研团队,除了在量子通信科研方面取得了突破性进展之外,还着力在量子计算与模拟、量子精密测量方面展开攻关。量子计算利用量子态的叠加性质,可以实现计算能力的飞跃。比如,求解一个亿亿亿变量的方程组,利用亿亿次的天河二号需要100年。利用量子计算机则只需0.01秒。 据介绍,这将为解决密码分析、气象预报、药物设计、金融分析等大规模计算难题提供全新的方案。量子模拟机则可视为解决某些特定问题的专用量子计算机,可有效揭示一些复杂物理系统的规律。

英国《自然》杂志在一篇文章中指出,在不久的将来,利用量子模拟揭示高温超导和高效氮固化等的机制,指导产业每年有望产生数百亿美元的直接经济效益,还可以为实现规模化的通用量子计算机奠定基础。潘建伟说。 他还表示,量子精密测量可以实现对重力、时间、位置等物理参数的超高灵敏度测量,大幅度提升导航、定位、资源勘探和医学检测等的准确性和精度。

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读者评论: 怎样看待中国发射的量子科学实验卫星?

人类历史上第一颗量子卫星。当然有重要的象征意义
我的印象中奥地利的量子通信卫星本来应该先上马的,但是似乎欧洲各国在经费的问题谈崩了。于是我们的这颗量子通信卫星就成了第一。这就是大国的优势吧。
美帝为什么不上?美帝的重心一直在量子计算上。

量子通信和量子计算是量子力学应用的两大方向。我国在量子通信领域的领先也有重要的实际意义
先是一颗卫星,之后会越来越多,由点成网。全球量子通信网形成之后,我们差不多就可以在地面上任意两个地方进行量子通信了。

最近几年量子通信发展很快,似乎是突破了瓶颈。
常人印象中量子通信还很远,但是实际上量子通信从原理到技术基本上都没有什么障碍。我本科的时候都玩过量子通信的实验。传输了一个彩色图片,以我那个渣技术失真率都只有百分之二。

最近几年的重要进展就是量子通信距离不断刷新,量子通信终于可以走出实验室了。两年前的记录大概就是好几百公里了。 【虽然没上过潘教授的课(当年真应该去蹭的!),但也幸运地听过他好几次讲座。好几个同学都在他组里做过科研。潘建伟教授在量子通信上的研究应该中国基础科学领域数一数二的成就,在国际上也是量子通信领域泰斗级人物。有兴趣地可以百度一下。】

60
周年国庆节上的通信就用上了量子通信。
城域量子通信网也首先在合肥建成。
所以,从原理、技术、经费上,量子通信的障碍都差不多扫清了。就等着【量子星座】挂上星空。 量子星座这名字也取得不错嘛!
再说一点不那么乐观的。
1
)量子通信最重要的就是保密性了.. 所以,根据一位在潘组里的同学所述,目前不看好量子

通信走入大众生活。政府完全没有普及量子通信的动力,都保密了还怎么监听啊。
2
)量子通信和量子计算本自同更生,但是重要性真是差远了。
  
很简单的地点,听到量子通信卫星,大家大概是眼前一亮。要是2016年商用量子计算机来 

了,我会觉得天堂落入人间了。

量子计算机会成为未来科技的引擎,是打开无限可能性的钥匙。

商用级量子计算机具有难以估量的学术价值和工业价值。
对人类文明来说,它是真正的一大步。

我想更在意是其工业价值。
最直接的应用当然是,各种量子算法终于可以运行,可以商用化了。
目前为了运行某些量子算法,我们只能在实验室里造出特定的量子计算结构。而且这种结构一般都费时费力费钱。 一台计算机上可以运行各种程序在大多数码农眼里应该是显然的。但要造出一台可以实现各种量子算法的计算机非常困难。

假如现在我们可以造出商用级量子计算机,我们就可以在它上面运行各种量子算法。
1.
这时,从Google这类行业顶级公司开始,几乎所有经典算法都会被其对应的量子算法替代。

量子算法在处理许多任务时都会比经典算法有极大提升。 量子计算机的确是只在处理某些运算时有优势,但是这些运算实在是太基本了,以至于无处不在。 比如说几乎无处不在的希尔伯特空间,只要遇到它,基本上都有对应的量子算法。所以实际上,量子计算机可以运用在许多类型的任务中。所有大公司都不会也不能错过这种技术。

 

2.一些经典算法不可能完成的任务,量子算法却可以轻松搞定。
比如说,用量子算法的Google可以不知道你的问题的情况下,就给出搜索结果。你的搜索记录将完全保密,连Google都不知道。这是由于量子不可克隆原理。
还有很多违反直觉的任务可以完成,因为量子力学本来就是违反人类直觉的。

3.计算能力的巨大提升+不可能任务的可能化=...
这种时候就不要吝啬自己的想象力了。

想想机器学习在二十年前的落寞和现在的春风得意。二十年前机器学习在工业界很难找到使用价值,因为那时的计算能力实在太烂了。学习算法在train set测试一下都要几个月的话,谁还有时间调参数啊。
这二十年间,计算机结构不变的情况下,机器学习就已经强大了这么多倍。
想一想,假如我们获得比现在强大的多的计算能力,一个强大到我们无法想象的带量子任务处理的强AI是不是指日可待了?
Google去年5月和NASA合建了Quantum AI Lab. 量子人工智能,听名字就很帅啊!】

 

当家家户户都有一台量子计算机,互联网又会进化成什么形态?

一句话,商业级量子计算机会成为未来科技的引擎。 就像蒸汽机是工业文明的象征一样,

量子计算机带来的计算能力的突破将会有类似的意义,它是人类迈过那7nm鸿沟的桥梁。

我甚至觉得,在我们获得量子计算的强大能力后,强人工智能就将实现。
量子计算机+量子算法威力无穷,不过,又要40年。


量子力学差不多100岁左右了。
人类还只能做到这种程度而已,真是很遗憾。 我们还完全没有消化上个世纪初基础科学大爆发的成果。所有的原理都摆出来了,我们还是花了100年的时间,终于才有了第一颗量子通信卫星。 量子力学的重要应用——量子通信和量子计算的理论基础早已稳固,但是这两者到现在离商业化都非常遥远。人类第一颗量子通信卫星两年后才升天,最好的量子计算机还只能解最简单的线性方程组。

从历史上来讲,科学革命后技术革命就会跟着爆发。 几乎每个人都感觉到最近数十年来技术革命对这个世界的影响。但其实,我们还只消化了量子技术的很小的一部分。现在电子计算机芯片里的量子效用已经无处不在了,但这也只是开始而已。

商用量子计算机才是真正的丰碑。变革一切的力量。
当脑容量300的时候,我们只是猴子,当脑容量1500的时候,我们创造了文明。 但计算机还是经典计算机的时候,它就只能推荐一下商品。当它的计算能力时是现在的一万倍,一亿倍,甚至????倍时,它会干什么?
我的意思是,它干什么?

量子革命和计算革命都才刚开始呢。 我们离第二次技术革命的终点还很远很远很远...
(注:第一次技术革命是工业革命。)

 

中国的量子科学实验卫星(QUESS) 并不仅仅是一个科学实验项目,实际上中国已经成为了全球量子通信技术的领先者,量子科学实验卫星将成为把尖端科技转化为中国在全球范围内战略资产的基石。

  对量子加密的探索有可能解决中国的信息安全问题,特别是在“后斯诺登时代”。政府、军队、金融机构的网络是间谍们诱人的目标,量子加密将为这些系统在一定程度上提供牢不可破的加密手段,以及防御任何入侵的确切方法。

  美媒称,量子空间卫星是中国“空间科学战略性先导科技专项”之一,其他项目还包括黑洞观测、暗物质、宇宙背景辐射等。该计划标志着中国太空项目的巨大转变,中国将更加重视载人和自动化太空探索而非空间科学。但中国的安全意图是毫无疑问的,牢不可破的量子密匙将对中国地区作战能力至关重要。

  美国媒体认为,“也许没有多少人会认为中国军力可能将在未来1020年内超越美国,但是军事力量的竞赛是动态的,特别是依赖于新技术的发展竞争,如果解放军将光量子通讯技术大面积推广并实战化,美国的优势就会大幅缩小”。

  基于之前的研究成果,第一台量子相机的工程样机在上光所制作完成。有了这样一个国家专业团队,我们完全不必怀疑,伴随着工业化进程的加深、经济实力的上升和科技投入的加大,中国在尖端科学领域超过任何发达国家就只是个时间问题。

   

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