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第二次量子革命意味着什么
- 产品名称:第二次量子革命意味着什么
- 产品简介:开尔文于19世纪末提出的黑体辐射,是物理学世界的两朵乌云之一。为了解决这个难题,量子力学之父普朗克提出,光的能量可以分成不连续的最小基本能量元,从而拉开了量子世界的帷幕。爱因斯坦也因为提出光电效应的量子解释,获得了诺贝尔物理学奖。海森堡、薛
产品介绍:
开尔文于19世纪末提出的黑体辐射,是物理学世界的两朵“乌云”之一。为了解决这个难题,量子力学之父普朗克提出,光的能量可以分成不连续的最小基本能量元,从而拉开了量子世界的帷幕。爱因斯坦也因为提出光电效应的量子解释,获得了诺贝尔物理学奖。海森堡、薛定谔、玻尔等科学家基本完成了量子力学的理论框架。第一次量子革命催生了晶体管、激光、核磁共振、全球定位系统等现代技术,使人类进入信息时代。也是在这一次信息革命中,美国在全世界奠定了霸主地位。
近些年来,随着实验技术的进步,人类可以对微观体系的量子态进行精确的检测与调控。量子调控技术的进步有望推动第二次量子革命,对未来社会产生本质的影响。10月16日,中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习,习在主持学习时强调:“要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性,加强量子科技发展战略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋。”
量子信息技术基于量子叠加与量子纠缠等原理,主要包括量子通信、量子计算、量子精密测量等,有希望突破传统技术瓶颈,大规模提升计算机运算速度,确保信息通信绝对安全、数量级提升测量精度。
对于经典计算机,参与逻辑计算的比特为“0”和“1”两个态,并通过经典算法来实现对信息的线性处理,这种经典的系统被称为二进制系统。而量子计算则采用量子比特,除了“0”“1”之外,二者叠加还可以构成更多的态,成为叠加态,是“1”和“0”两种状态不可分解的相干叠加。构建量子比特的基元可能是光子、原子、电子、微小的超导环,或者更神奇的“任意子”(如常见的马拉约那费米子)。
量子比特之间的纠缠使得量子计算机能够实现并行计算。随着量子比特数量增加,量子计算能力可呈指数级规模拓展,在理论上具有惊人的携带信息及并行处理的应用潜力。2019年9月,谷歌公司研制了一个包含53个量子比特的量子芯片,执行一个特定的计算任务用了3分20秒,而对于同样的任务,采用目前最强的超级计算机并且经过理论优化后,完成这项任务也需要2.5天。虽然量子计算机显示了其强大的潜力,但是距离我们一般人在日常生活中使用上量子计算机,还非常遥远。可以说,量子计算机与经典计算机的差异远大于经典计算机与算盘的差异。
关于量子通信,目前的应用方式包括量子密钥分发和量子隐形传态。量子密钥分发是原理上绝对安全的通信手段,是目前仅有的得到严格数学证明的通信方式。在量子密钥传输过程中,窃听者无法做到既偷看又不留下痕迹。而量子精密测量则能在时间、磁场、重力、遥感等诸多领域,获得远高于当前的测量精度和灵敏度,在民生和国防上都具有重要的战略意义。
虽然错过了第一次量子革命,但我国科学家在量子信息技术各领域已经取得了多项突破性进展。比如,薛其坤院士团队在实验中发现了量子反常霍尔效应;潘建伟院士团队利用“墨子号”科学实验卫星,成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发。伴随着国家的不断投入,我国未来有希望成为量子信息强国,为人类科学技术发展作出应有贡献。发射器任意子凯时kb88账号注册合金晶体管塑料膜电容器