中国将发射世界首颗量子卫星 命名为“墨子号”
原标题：中国将发射世界首颗量子卫星 命名为“墨子号”
日期:[2016-08-16] 版次:[A17] 版名:[中国] 字体:【大中小】
■新华社制图
综合新华社电 记者15日从中科院获悉,我国即将发射的全球首颗量子科学实验卫星被正式命名为“墨子号”。量子卫星首席科学家潘建伟院士说,墨子最早提出光线沿直线传播,设计了小孔成像实验,奠定了光通信、量子通信的基础。以中国古代伟大科学家的名字命名量子卫星,将提升我国的文化自信。
据介绍,这颗量子卫星,除了在建立量子通信网络方面具有巨大应用价值,还将为理解量子物理最令人费解的现象迈出重要一步。此外,这颗卫星的一大任务是实现星地量子纠缠分发,在青海德令哈和云南丽江之间,或者青海德令哈与新疆乌鲁木齐之间,测试相距1200公里,被爱因斯坦称为“诡异的”量子纠缠现象。
★满满“中国范儿”
世界首颗量子卫星的名字叫“墨子号”
“关于这颗卫星的命名,我们考虑了好久。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士说,最终命名为墨子,缘起于已故著名教育家、中国科学技术大学老教授钱临照。
据了解,钱临照作为老一辈光学、科技史研究者,早年对墨家经典著作《墨经》有过深入研究,发现其中有不少与现代科学知识相通的记载,比如墨子在《墨经》中提出的“光学八条”。
“墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一,而逻辑体系是科学的基础。”潘建伟说,墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播,并设计了小孔成像实验,奠定了光通信、量子通信的基础。
“就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样,以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星,将提升我国的文化自信。”他说。
★若卫星成功运行
“无条件”安全的量子通信离我们不远了
据了解,作为中科院空间科学战略性先导专项首批科学卫星之一,量子科学实验卫星将在国际首次开展星地高速量子密钥分发、空间尺度的量子隐形传态等多项实验。目前量子卫星发射前的准备工作已基本完成。
如果卫星成功运行,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。
潘建伟说,量子保密通信“京沪干线”将在2016年下半年全线开通,将应用于金融、电子、政务等多方面领域的信息传输。据介绍,“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。
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“网”,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“网”织就,海量信息将在其中来去如影,并且“无条件”安全。
在潘建伟的设想中,量子通信有望在10年左右的时间走进千家万户,每家每户的网上银行、网络支付、手机支付等,都能享受到量子通信所带来的安全性保障。
关于量子的那点事儿
1 量子的无限力量,将如何改变我们的未来?
未来的量子计算机与今天的超级计算机,就像大学教授与幼儿园的儿童
从电脑到激光,从核能到生物技术,几乎没有哪个领域不依赖量子理论。量子力学推动和造就了现代世界,全球经济的三分之一依赖于以量子力学为基础的产品。
专家介绍,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。现在计算机的运算单位比特只有0和1这两种状态,但量子计算机中可以处在0和1的叠加态上。如果操纵100个量子,其计算能力可能比“天河二号”快百亿亿倍。“天河二号”需要用100年计算的难题,量子计算机只需0.01秒。
这么快的运算速度,将使人类的日常生活大大改变。例如在公共安全领域,量子计算可以瞬间处理监控数据库中60亿人次的脸部图片,并实时辨别出一个人的身份;在公共交通领域,量子计算能够迅速对复杂的交通状况进行分析预判,从而调度综合交通系统最大限度避免道路拥堵;在气象预测方面,量子计算能够将仪器检测数据结合模型全面预测分析,从而实现更高精准度的天气预报……
中国科学院院士潘建伟说,要做出通用的量子计算机,可能还很遥远,也许30年或更长,但是只是对某一种计算功能算得比较好的量子模拟机器估计5到10年就有望出现。
2 量子卫星到底要探索怎样离奇的微观世界?
量子力学描述世界的语言与经典力学有着根本的区别,它有“分身术”!
量子力学描述世界的语言与经典力学有着根本的区别。量子卫星首席科学家、中科院院士潘建伟喜欢用“分身术”来比喻量子叠加态,“这就好比孙悟空的分身术,一个孙悟空同时出现在多个地方,孙悟空的各个分身就像是他的叠加态。”
潘建伟说:“在日常生活当中,我要么在上海作报告,要么在北京作报告,我不可能同时在两个地方讲。但在量子世界,作为一个微观的客体,它不仅在这里,也可以在那里,同时在好多个地方。”
描述量子叠加的最著名的思想实验是量子理论创始人之一、奥地利物理学家薛定谔提出的,有关一只猫的实验,因而被称为“薛定谔的猫”。在这个假想的实验中,一只猫被关在盒子里,盒子中还有一个原子核,它有50%的可能会发生衰变,而衰变将会放出一个粒子,粒子再触发毒气释放装置。在不打开盒子观察的情况下,原子核处于衰变和未衰变的叠加态中,在这种状态下,猫既是死的又是活的。薛定谔是用这个假想实验来强调量子理论所描述的“荒谬性”。
再来脑补一些量子论的知识
违反常识和直觉的量子论
恐怕没人敢拍着胸脯说自己精通量子论,要知道,连当年创立和发展量子论的物理学大佬们都觉得这玩意儿难懂,普通人就不用说了。与经典物理学和其他许多学科不同,量子论特别违反常识和直觉。
量子通信:“不可拦截”的密钥
量子科学实验卫星的一个任务是进行量子通信实验,这是量子纠缠应用领域中比较接近现实的一个。它的要点是特别安全,传统窃听手段原则上对量子通信没有用。加密的信息好比上了锁的箱子,用特定的钥匙才能打开。以当前的加密技术,只要付出足够的努力,钥匙理论上是可以拦截到的,只看效率高不高罢了。
量子纠缠则提供“不可拦截”的钥匙。做法是并不刻意防止别人窃取钥匙,而是一旦有人这么干,通信双方必然能察觉。量子卫星制造两个纠缠的光子,分别发给通信的双方。双方对各自接收到的光子进行随机检测,用明文通信对比检测结果,看看两个光子是不是纠缠的。如果有人中途拦截光子,其观察行为会破坏纠缠状态,让钥匙作废——你偷呗,偷到就没用了,我换把新钥匙。
量子计算:魔法般的超速计算
量子纠缠还有一个更了不起但也更遥远的应用领域:量子计算。对一些运算量特别巨大的问题,传统计算机需要消耗的时间长到人类等待不起,甚至宇宙都等不起,目前看来量子计算机是唯一可能的出路,它会比传统计算机快亿万倍。
传统计算机算法基础是0或1的状态,而量子计算机则可以实现“既是1又是0”,多个纠缠在一起的量子比特能同时实现指数级别递增的运算威力,轻易碾压传统并行计算。
当然,研究还处在非常基础的阶段,很多问题尚待解答:用什么制作量子比特?怎么让它们维持那脆弱而短暂、特别容易遭到干扰的量子态?怎么对它们进行编程?制造量子计算机是不是需要有别于传统计算机的全新思路?用传统计算机发展历史来比拟的话,量子计算大概处于还在研发真空管的时代,让我们等吧……