量子科學革命正在發(fā)生 電子器件將迎廣闊市場
2017-06-22
早在20世紀90年代，諾貝爾獎得主、著名物理學家萊德曼曾說，量子力學貢獻了當時美國國內生產總值的三分之一。今天，由量子力學引發(fā)的科學革命正在深刻地改變著人類的生產生活方式——量子力學被廣泛應用于各學科領域，量子光學、量子統(tǒng)計、量子化學、量子信息、量子計算等正蓬勃發(fā)展。
世界各國紛紛把量子科學作為未來要搶占的戰(zhàn)略制高點。英國在2013年就宣布將投資2.7億英鎊設立英國國家量子技術計劃，同時成立量子技術戰(zhàn)略顧問委員會。歐盟則計劃于2018年啟動總額為10億歐元的量子技術項目。美國更將量子技術視為未來增強國家安全的重要屏障——美國國家科學技術委員會發(fā)布《推進量子信息科學：國家的挑戰(zhàn)和機遇》報告認為，量子計算最終或將顛覆眾多學科領域，因此敦促學術界、工業(yè)界和政府相關部門保證量子信息研發(fā)的需求。
同樣，我國對量子科學發(fā)展也非常重視。《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》將量子調控研究列入四項重大科學研究計劃;“十三五”規(guī)劃綱要將量子通信和天地一體化信息網列為十大重點項目;科技部、中國科學院、國家自然科學基金委員會等科研主管部門也對量子信息領域持續(xù)進行著前瞻性、戰(zhàn)略性布局。
如今，我國形成了很強的量子科學理論和實驗技術儲備，培育了一批優(yōu)秀的研究團隊，涌現出潘建偉、陳宇翱等眾多在國際上有影響力的科學家，在量子通信、量子計算等研究方向上產生了一批具有重要國際影響的研究成果。
中國在量子計算領域亮點頻出
在量子計算領域，國際學術界普遍認為基于光子、超冷原子和超導線路體系的量子計算技術最有可能取得突破。用中國科學技術大學常務副校長、中國科學院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院院長潘建偉的話說：“我國在這三個方面均有世界領先的表現。”
2016年8月，潘建偉和同事苑震聲、陳宇翱等在國際上首次實現對光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態(tài)的產生、操控和探測?！蹲匀?middot;物理學》評價說，這一工作為“基于測量的量子計算鋪平了道路”。
今年5月3日，《自然·光子學》和《物理評論快報》同時刊發(fā)了2項我國科學家在量子計算上取得的進展：制造出光量子計算原型機和實現世界上糾纏數目最多的超導量子比特處理器。
飛躍近在眼前。潘建偉透露，今年年底有望實現20個光量子比特的操縱、20個超導量子比特樣品的設計、制備和測試，并發(fā)布量子云計算平臺，“為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定堅實基礎”。
中國在量子通信領域領先世界
近期，中國科學院將對我國量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”的相關成果進行發(fā)布。這又一次證明，中國在量子通信領域一直保持引領。
2003年，中國科學技術大學團隊首次實現糾纏態(tài)純化以及量子中繼器的成功實驗，首次成功地實現了自由量子態(tài)隱形傳輸。而在當時，恐怕沒有人能預見到：中國將在量子通信領域實現引領。
如今，中國科學家不僅在基礎理論研究中頻傳佳績，更將量子通信帶入實際應用：建成國際上規(guī)模最大的量子通信網絡“合肥城域量子通信試驗示范網絡”，建設“京滬干線”量子保密通信工程;2016年量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”順利升空并開展實驗……中國在2030年率先建成全球化量子通信衛(wèi)星網絡的目標，正在扎實推進。
我們有理由期待，中國科學家將在理論研究與應用技術上取得更大突破，在量子科學革命中引領風騷。
中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室的潘建偉教授及其同事，利用冷原子量子存儲技術在國際上首次實現了具有存儲和讀出功能的糾纏交換，建立了由300米光纖連接的兩個冷原子系綜之間的量子糾纏。這種冷原子系綜之間的量子糾纏可以被讀出并轉化為光子糾纏以進行進一步的傳輸和量子操作。該實驗成果完美地實現了長程量子通信中亟需的“量子中繼器”，向未來廣域量子通信網絡的最終實現邁出了堅實的一步。
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