被美国栽赃,潘建伟实力回怼,今年中国将实现量子霸权,领先世界

前段时间,美国FBI旗下一家名为Strider的安全情报公司,发布了一则关于中国量子物理技术的报告。通过断章取义和歪曲事实等卑鄙的手法,对中国科学院院士潘建伟等中国量子物理科学家赤裸裸的栽赃和污蔑。

这家美国西方情报公司宣称,中国在蓄意安排量子物理学者去西方顶尖院校学习,然后通过“不成文的协议”要求他们回国,以支持中国的科研,并称西方的大学和研究所已经被渗透了,以此暗示中国在量子物理技术上的领先,是“偷”来的。

不仅如此,该报告称潘建伟一边在和西方的学术机构合作,一边又在和中国有国军工背景的国企合作,以此暗示潘建伟是在把西方的技术和学术项目用来发展中国的军事工业。

除此之外,这篇报告居然还将中科大24名物理学者的名字,将他们的留学信息,以及与他们有合作的西方学者,都统统罗列了出来,拉了一个清单。

而近日,中国“量子之父”潘建伟教授用实力回怼,霸气宣布:在光量子计算方面,最近我国已经做到了相当于48个量子比特的结果,今年预计能够实现50个光子相干操纵,也能够达到所谓的“量子优越性”(谷歌称之为“量子霸权”)。

如果中国掌握了量子霸权,那么我国的量子计算能力将比目前全球最强大的超级计算机“顶点”快1亿倍左右。潘建伟教授表示,相关工作有望在今年6月份到9月份完成。

量子技术就是运用量子力学的技术,目前,量子技术共有两大运用领域,分别是量子通信和量子计算。量子技术被认为是第四次工业革命的引擎。而谷歌宣称的“量子霸权”则是指的是量子计算。

量子计算是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息,运行的是量子算法时,它就是量子计算机。

量子比特可以制备两个逻辑态0和1的相干叠加态,换句话讲,它可以同时存储0和1。考虑一个N个物理比特的存储器,若它是经典存储器,则它只能存储2N个可能数据当中的某一个;若它是量子存储器,则它可同时存储2N个数据。而且随着N的增加,其存储信息的能力将呈指数级上升。

简而言之,经典计算机需要100年才能破译的密码,量子计算机用1秒钟就能搞定。

正因为量子计算具有如此强大的能力,2013年到2015年的财政预算显示,欧盟在该领域的投入达48亿元,美国投入31.5亿元用于量子计算机的研发,我国也投入19亿元推进量子领域的发展。

量子计算的发展则要分为三个阶段。第一阶段,就是谷歌实现的量子霸权,即针对一些特殊问题,造出一台比目前计算机更快的量子计算机,大概需要50个量子比特;第二阶段,他们希望能够操纵几百个量子比特,实现一种专用的量子模拟机,用于高温超导机制、特殊材料设计等目前计算机无法处理的问题;第三阶段就是争取未来二三十年,造出可编程的通用量子计算机。

其中,量子计算研究的第一个阶段性目标利用超导量子比特实现随机线路取样和利用光子实现玻色取样是目前国际学术界公认的演示量子计算优越性的两大途径。

超导量子比特是以量子力学为理论基础,约瑟夫森结(Josephson junction)为基本载体的量子两能级系统。超导量子比特具有可与传统的微电子加工技术兼容、可控性、低损耗以及可扩展性等方面的优势,所以这是一种很有前景的实现量子计算机的方案之一。

在超导量子比特上,中国和谷歌还存在一定的差距,最近我们已经达到了24个超导量子比特,潘建伟教授计划在2020年年底能够做到60个左右的量子比特,从而达到谷歌去年的结果。

正因为在超导量子比特上存在差距,所以中国选择了利用光子实现玻色取样的方式,玻色取样是指,在n个全同玻色子经过一个干涉仪后,对n个玻色子的整个输出态空间进行采样的问题。采样过程和分布概率息息相关。

科学家经过研究发现,n光子“玻色取样”的分布概率正比于n维矩阵积和式(Permanent)的模方,从计算复杂度的角度来看,积和式的求解难度是“#P-hard”,当前经典最优算法需要O(n2n)步,随着光子数的增加求解步数呈指数上涨。对于这样一个经典计算#P-complete困难的问题,在中小规模下就可以打败超级计算机。

早在2019年12月,潘建伟等人与德国、荷兰的科学家合作,在国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算,在四大关键指标上均大幅刷新国际纪录,逼近实现量子计算研究的重要目标“量子霸权”。

目前,我们已经能够实现100个甚至几百个原子的纠缠,在一些模拟的问题里,大概能够达到全世界计算能力总和的100万倍。

2020年,潘建伟团队计划实现对50个光子的相关操纵,验证量子霸权。其技术路线采用玻色取样,相比谷歌更具优越性,预计计算速度将达到全球最强超级计算机“顶点(Summit)”的1亿倍。

“经典计算机是决定论的,经典人工智能无论多么聪明,我们觉得那还是一个机器人。但是量子力学第一次把观测者的意识与物质的演化结合起来,量子计算机可能和人类的大脑有一些相通。人工智能是一种软件技术,量子计算是硬件技术,人工智能和量子计算结合到一起的时候,其实是人类自己创造出了一个非生物体的“小孩”。

除了量子计算,量子通信中国是真正全方位超越全球,量子通信可以提供原理上无条件安全的通信方式。它的目标是要在更大的范围里实现安全的信息传输。它的发展路线是,先通过光纤实现城域量子通信,再通过中继器建立城际量子通信网络,最后通过卫星中转实现网络达不到的远距离量子通信。

中国发射了全球首颗量子卫星——墨子号,中国“墨子号”量子卫星在世界上首次实现千公里量级的量子纠缠,这意味着量子通信向实用迈出一大步。《自然》重大科学事件评价称:“国际同行们正在努力追赶中国,中国现在显然是卫星量子通信的世界领导者。

目前,中国正在构想,在外太空搭建一个高精度的空间光钟,这个光钟的稳定度大概会达到10的负21次方,也就是大概10万亿年的误差都不超过1秒钟,再结合广域量子通信技术,用两个这样的光钟进行时间比对,就可以提供一种引力波探测的新途径,从而来揭示更加丰富的天文现象。

而等到中国在月球建立基地之后,中国将在地球和月亮之间开展光秒量级距离的、有观测者参与的量子力学非定域性的检验。

可以说,随着中国量子技术的不断发展,美国将会不断阻挠中国量子技术的发展,如今对中国科学家的污蔑栽赃还只是第一步。