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引领量子科学革命风骚

来源:光明日报 作者:齐芳 2017-06-14 11:35:24
内容摘要: 复旦大学物理系教授施郁将量子信息和量子操控等方面发生着的改变称为“继续量子科学革命”。在这场科学革命中,中国科学家正在努力攀登,在某些领域已经占据鳌头。

“墨子号”量子科学实验卫星与阿里量子隐形传态实验平台建立天地链路(2016年12月10日摄)。新华社记者 金立旺摄

  量子力学是微观物理学依赖的基本理论框架。自其提出一百多年来,在物理学基础与应用的方方面面取得了一个又一个的成功。复旦大学物理系教授施郁将量子信息和量子操控等方面发生着的改变称为“继续量子科学革命”。在这场科学革命中,中国科学家正在努力攀登,在某些领域已经占据鳌头。

  量子科学革命正在发生

  早在20世纪90年代,诺贝尔奖得主、著名物理学家莱德曼曾说,量子力学贡献了当时美国国内生产总值的三分之一。今天,由量子力学引发的科学革命正在深刻地改变着人类的生产生活方式——量子力学被广泛应用于各学科领域,量子光学、量子统计、量子化学、量子信息、量子计算等正蓬勃发展。

  世界各国纷纷把量子科学作为未来要抢占的战略制高点。英国在2013年就宣布将投资2.7亿英镑设立英国国家量子技术计划,同时成立量子技术战略顾问委员会。欧盟则计划于2018年启动总额为10亿欧元的量子技术项目。美国更将量子技术视为未来增强国家安全的重要屏障——美国国家科学技术委员会发布《推进量子信息科学:国家的挑战和机遇》报告认为,量子计算最终或将颠覆众多学科领域,因此敦促学术界、工业界和政府相关部门保证量子信息研发的需求。

  同样,我国对量子科学发展也非常重视。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》将量子调控研究列入四项重大科学研究计划;“十三五”规划纲要将量子通信和天地一体化信息网列为十大重点项目;科技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会等科研主管部门也对量子信息领域持续进行着前瞻性、战略性布局。

  如今,我国形成了很强的量子科学理论和实验技术储备,培育了一批优秀的研究团队,涌现出潘建伟、陈宇翱等众多在国际上有影响力的科学家,在量子通信、量子计算等研究方向上产生了一批具有重要国际影响的研究成果。

  中国在量子计算领域亮点频出

  在量子计算领域,国际学术界普遍认为基于光子、超冷原子和超导线路体系的量子计算技术最有可能取得突破。用中国科学技术大学常务副校长、中国科学院量子信息和量子科技创新研究院院长潘建伟的话说:“我国在这三个方面均有世界领先的表现。”

  2016年8月,潘建伟和同事苑震声、陈宇翱等在国际上首次实现对光晶格中超冷原子自旋比特纠缠态的产生、操控和探测。《自然·物理学》评价说,这一工作为“基于测量的量子计算铺平了道路”。

  今年5月3日,《自然·光子学》和《物理评论快报》同时刊发了2项我国科学家在量子计算上取得的进展:制造出光量子计算原型机和实现世界上纠缠数目最多的超导量子比特处理器。

  飞跃近在眼前。潘建伟透露,今年年底有望实现20个光量子比特的操纵、20个超导量子比特样品的设计、制备和测试,并发布量子云计算平台,“为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定坚实基础”。

  中国在量子通信领域领先世界

  近期,中国科学院将对我国量子科学实验卫星“墨子号”的相关成果进行发布。这又一次证明,中国在量子通信领域一直保持引领。

  2003年,中国科学技术大学团队首次实现纠缠态纯化以及量子中继器的成功实验,首次成功地实现了自由量子态隐形传输。而在当时,恐怕没有人能预见到:中国将在量子通信领域实现引领。

  如今,中国科学家不仅在基础理论研究中频传佳绩,更将量子通信带入实际应用:建成国际上规模最大的量子通信网络“合肥城域量子通信试验示范网络”,建设“京沪干线”量子保密通信工程;2016年量子科学实验卫星“墨子号”顺利升空并开展实验……中国在2030年率先建成全球化量子通信卫星网络的目标,正在扎实推进。

  我们有理由期待,中国科学家将在理论研究与应用技术上取得更大突破,在量子科学革命中引领风骚。

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