中国预计将在5年内初步建立全世界第一个“全量子网络”雏形

2011年07月06日 来源: 上海文汇报 浏览次数: 0

    本报讯  （记者王乐）一个人从太空飞船里走进一个特殊装置，随后他突然就降落到了地面上——这一出现于上世纪60年代美国科幻电影《星际旅行》中的情景，依赖眼下的普通网络，也许一万年都无法实现，但借助于量子网络，这一图景却在理论上具备了可能。记者从7月4日在清华大学举行的“量子信息科学前沿”暑期研讨班开幕式上了解到，由图灵奖迄今惟一华裔获得者、清华大学教授姚期智领衔的重大科学问题导向项目，预计将在5年内初步建立全世界第一个“全量子网络”雏形。据了解，此次“量子信息科学前沿”暑期研讨班集聚了150多名来自瑞典、美国、日本、中国的物理学与计算机科学领域的青年学者。研讨班为期一周，由清华大学交叉信息研究院主办。
    
    全量子网络，指由量子传输通道和量子结点组成的复杂信息网络。每个量子结点有一定的信息存储和处理功能，单个量子结点构成一个小型的量子计算机，而量子通道则连接不同小型量子计算机。不同于现有互联网，全量子网络应用了量子物理特性，可突破现有网络物理极限，具有更强信息传输和处理能力。迄今为止，世界上还没有真正意义上的全量子网络，而预计5年内建成的全量子网络雏形光纤通信距离将达到150公里，存储速度在1至2秒之间。
    
    “有人问我，在量子网络中是否可以把人从一个点传递到另一个点，比如从家里去上班，是否都不用乘坐交通工具了？从科学的原则上来说，这确实可以做到——只要宇宙与地球更大一些、实验室更大一些，而整个人的构造变成非常微小的系统。”据姚期智教授介绍，目前在实验室中能做到的是一两个比分子更微小的系统的传递，虽然传递活生生的人这么一个大系统在技术上非常困难，但任何探索如果在科学原则上得到理论肯定，并进入相对工程化的阶段，科技的进展速度将比普通人的想象迅猛得多。
    
    “无论是量子信息还是一般量子前沿研究，目前均为世界各国精英所关注。”据姚期智教授介绍，一如50年前微电子工业开始阶段，虽然科学家无法看到具体产品，但谁都明白微电子的发展与前景将对人类科技与产业产生重大影响一样，量子科技在未来科研与经济应用领域的革命性影响，已成为共识。
    
    在姚期智教授看来，量子科技是一门非常前沿的学问，中国在这方面与世界最先进的研究尚有距离。如何后来居上，关键在于找到切入点，这个切入点必须适合两个条件：既是全球聚焦的方向，又能在这个方向上集聚起全球最有能力的专家组成团队，在起跑线上与其他国家竞争。“量子信息、量子网络与量子计算机，就是一个切入点。”
    
    量子信息科学在过去10年间取得了巨大发展，它联系多个科学领域，其中包括物理、数学、计算机科学和信息技术。这些不同领域间富有成效的交叉互动，也带来了许多激动人心的革命性进展。在过去10多年内，计算机领域的科学家们发现，在原则上如果用最新方法量子物理来做一个新型量子计算机，或可解决目前不能解决的问题。
    
    眼下，全世界都希望做出量子计算机来，而建造量子网络的目的之一，就是通过量子网络达到构造量子计算机的目的。姚期智教授指出，建立量子网络，并构造量子计算机，关键在于规模化，在于系统做大。
    
    “研究量子网络，做出量子计算机，并非为了淘汰电子计算机。量子计算机的主要目的，是为了应对普通计算机不能做到的情况。”姚期智教授分析，有了量子计算机，将使计算的概念焕然一新，并可解决包括高温超导体的理论问题等目前不能解决的问题。“有了量子计算机后，能帮助我们知道这些理论是否正确，这是现有计算机永远不可能做的。”
    
    已有理论研究表明，鉴于全量子网络的复杂性，人们对其认知尚属初步，而由于量子信息不可克隆，具有特殊性与脆弱性，全量子网络的物理实现对科学家操控量子态的能力，提出了极大挑战。据悉，全量子网络基础和量子结点的物理实现、物理平台构建与关键物理器件实现等，是此次重大科学问题导向项目拟解决的关键科学问题。