量子科學(xué)與信息技術(shù)

□ 文/中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長、中國科學(xué)院院士 潘建偉

非常感謝智博會的邀請，給我一個機(jī)會來學(xué)習(xí)，來之前我特別猶豫，就是我作為一個從事物理學(xué)科學(xué)研究者到底講什么，后來給我講了一個題目，就叫做“量子科學(xué)與信息技術(shù)”。

為什么這么說呢？其實(shí)上世紀(jì)初一百年前，20世紀(jì)的物理學(xué)有兩大發(fā)現(xiàn)，也是我們?nèi)祟悮v史上的第二次科技技術(shù)，也就是提出了量子論和相對論，這兩個理論提出以后直接催生了現(xiàn)代信息技術(shù)的誕生。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)相對論，我們發(fā)展了非常精明的量子原之中，利用它和相對論結(jié)合，給今天的導(dǎo)航奠定了基礎(chǔ)。所以從某種意義上講，智能技術(shù)的發(fā)展不僅需要計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)感知能力，某種意義上量子力學(xué)不僅催生了它的誕生，本質(zhì)上也提供了各種各樣的基礎(chǔ)。有位科學(xué)家說如果沒有量子力學(xué)，我們馬上就退回到了18世紀(jì)。

信息技術(shù)的發(fā)展目前正面臨兩個比較重要的問題：第一個，智能社會的到來，其實(shí)我們對信息安全提出了更加大的要求，但目前網(wǎng)絡(luò)危險(xiǎn)遭遇著各種各樣的威脅，盡管幾千年前我們試圖解決信息的安全傳輸問題，但是大家都發(fā)現(xiàn)你設(shè)立的密碼隨后都被破解了，幾年以前大家已經(jīng)建議用2048位或者更高的。但隨著算法復(fù)雜度的提高，我們來加密它所用的時間和資源的消耗就變得越來越復(fù)雜，就非常不好用。與此同時，大家還有一個懷疑，歷史的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，依賴于計(jì)算復(fù)雜度的經(jīng)典加密算法原則上都會破解，所以大概一百多年前有人做了一個懷疑，他說人沒辦法造出一個密碼讓我們破不掉，所以信息安全成了一個永久的話題。

與此同時，為了充分發(fā)揮未來大數(shù)據(jù)和人工智能的優(yōu)勢，其實(shí)我們會對計(jì)算能力提出非常高的要求，但實(shí)際上我們的計(jì)算能力還是非常有限的，目前全世界計(jì)算能力的總和一年內(nèi)只能由一個大數(shù)據(jù)庫完成搜索，原來的晶體管原理不再適用。再有怎么解決能耗的問題？非常有意思的是量子力學(xué)在第二次世界技術(shù)革命以后，催生了近代的信息技術(shù)，同時經(jīng)過近百年的發(fā)展，已經(jīng)為解決這些問題做好了準(zhǔn)備。

這里面有一個基本的概念，所謂的量子，原子、分子都是小顆粒，這都是量子的范疇，其實(shí)光也是量子組成的，一個15瓦的電燈泡大概每秒鐘有萬億顆小顆粒。到了微觀不再小分的東西，有一個特征，利用這樣一些東西我們一旦能夠掌握對量子狀態(tài)進(jìn)行主動操縱，就提供了一些新的學(xué)科發(fā)展方向，利用量子保密通訊可以在人類歷史上首次提供一種原理上是無條件安全的通訊方式。與此同時，計(jì)算能力上也是非常強(qiáng)大的，可以提供一種非常好的精密測量的手段，就是對環(huán)境的感知手段，這是基于量子力學(xué)基礎(chǔ)檢驗(yàn)所發(fā)展起來的量子信息。

因?yàn)檫@方面在黨和國家的支持下中國發(fā)展是比較早的，在2007年的時候就把從前安全通訊的距離由幾百米、幾公里拓展到了近百公里，隨后到目前點(diǎn)對點(diǎn)，在光纖里面能夠做到400公里。如果要做得更遠(yuǎn)，在沒有光的地方怎么辦？這個時候我們就要借助衛(wèi)星的幫助。在2016年發(fā)射了首顆“墨子號”的衛(wèi)星，隨后通過國際已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了中國和非洲、亞歐之間的全球化的量子分發(fā)。

在光亮計(jì)算方面，去年首次達(dá)到了量子超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)，在超導(dǎo)量的方面我在阿里巴巴的支持下也取得了比較好的進(jìn)展。在未來希望通過10-15年的努力，能夠構(gòu)建有 量子密鑰分發(fā)的安全網(wǎng)絡(luò)。與此同時，我們希望在5-10年實(shí)現(xiàn)數(shù)百個量子比特的相干操縱，對特定的問題計(jì)算能力超過目前全世界計(jì)算能力綜合的100萬倍，可以為未來人工智能、各種大數(shù)據(jù)的發(fā)展奠定非常好的方向，這個方向除了我們國家非常重視以外，其實(shí)從這兩年開始，歐盟、美國等地也非常重視，這塊我們國家在眾多領(lǐng)域里是一個比較有特色的領(lǐng)域?！?/p>