我国5年建成全量子网络雏形 物质可“瞬间转移”
2011年07月04日 来源: 千龙网 浏览次数: 0
世界著名计算机学家姚期智在“量子信息科学前沿”暑期研讨班上演讲
台下专家与姚期智先生交流
清华大学交叉信息研究院副院长王跃宣在“量子信息科学前沿”暑期研讨班上发言
清华大学量子信息中心副主任段路明在“量子信息科学前沿”暑期研讨班上发言
千龙网北京7月4日讯（记者 于振华）今天上午，清华大学交叉信息研究院主办的“量子信息科学前沿”暑期研讨班在京开班，130多名来自中、美、英、法、日、意等国的青年学者们汇聚一堂，研讨该学科发展现状和前景。有专家指出，我国5年内有望将建成世界上第一个“全量子网络”雏形，而研制新型“量子计算机”将面临诸多巨大挑战。
我国5年内将建成第一个“全量子网络”雏形
“科幻片《星际旅行》中经常出现把一个人从太空飞船一下子传到地面的情节，在我们现实中，未来的‘全量子网络’强大的量子传输能力则在理论上可以实现。” 世界著名计算机学家姚期智在清华大学交叉信息研究院主办的“量子信息科学前沿”暑期研讨班上接受记者采访时解释说，量子信息前沿物理研究渗透许多前沿物理学科，我国将在5年内创建世界上第一个新型的、具有自主知识产权的“全量子网络”雏形。
据记者了解，将一个粒子的量子信息发向远处的另一个纠缠粒子，该粒子在接收到这些信息后，会成为原粒子的复制品。一个粒子可以传递有限的信息，而亿万个粒子联手，就形成量子网络。而“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，能在结点之间传输任意量子态以及量子纠缠。
与现有互联网所不同的是，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。在全量子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。
量子粒子是脆弱的，一点风吹草动就会让它丢失信息。例如，尽管人类眼睛的分辨率达不到分辨量子粒子的水平，而人类眼睛发送的光子却可以到达量子粒子，因而只要我们看一眼量子态的粒子，它的状态就有可能被破坏了。所以，长期以来，量子网络只被当作科学幻想来看待。
迄今为止，世界上还没有真正意义上的全量子网络。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。如何实现量子计算，方案并不少，问题是在实验上实现对微观量子态的操纵确实太困难了。目前，科学家们已经提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束缚离子、电子或核自旋共振、量子点操纵、超导量子干涉等。
目前，束缚离子方案因为其良好的量子可控性，在量子计算和全量子网络的实现中处于领导地位。中国的束缚离子研究目前还处于比较薄弱的地位，而清华大学量子信息中心正致力于该领域的科研教学。此次召开的“量子信息科学前沿”研讨班也正是为了搭建一个培养优秀学子、吸纳优秀领域人才的平台。
研制新型量子计算机将面临诸多巨大挑战
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的方法量子物理来做一个新型量子计算机，或可解决一些目前不能解决的问题。
“比如，一个非常重要的问题分解一个大的整数。要知道，现在世界上最安全的密码，就是根据分解大的整数来制定的。一旦有了量子计算机后，这些密码的安全性就完全消失了。”姚期智认为，正因为量子计算机具有可破解现有的密码从而建立新的密码这一特性，涉及国家信息安全，故而世界各国纷纷投入巨资从事量子计算机研究。第一台量子计算机的问世至少需要10年、甚至更长一点时间。
据介绍，目前已有理论研究工作表明，全量子网络在信息安全、分布式量子计算和新材料量子仿真等领域有重要的学术研究意义与应用价值。但由于全量子网络的复杂性，目前人们对其认知尚属于初步，而且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。
“研究量子网络的目的也不是要用它来取代现有的计算机。”姚期智告诉千龙网记者，量子网络能使计算的概念焕然一新，这是量子网络与其他计算机如光计算机和生物计算机等的不同之处。量子网络的作用远不止是解决一些经典计算机无法解决的问题。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，将是2010年12月启动的973导向项目拟解决的关键科学问题。
据了解，5年后建成的全量子网络雏形将拥有8至10个节点，网络范围将达到100公里。完成后，彼此间能可靠传递量子信息，成功演示量子算法和全量子网络应用；将适用于远程量子通讯的量子光源成功集成进全量子网络，发展集成化量子路由器。
同时，专家们还将进一步开展全功能量子计算结点、超长相干时间的量子存储器、量子计算结点与量子光通讯通道间的量子界面研究，为下一个5年计划实现全量子存储网络以及未来实现长程全量子网络作前瞻性部署。