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個人從太空飛船里走進一個特殊裝置，隨后他突然就降落到了地面上——這一出現于上世紀60年代美國科幻電影《星際旅行》中的情景，依賴眼下的普通網絡，也許一萬年都無法實現，但借助于量子網絡，這一圖景卻在理論上具備了可能。記者從7月4日在清華大學舉行的“量子信息科學前沿”暑期研討班開幕式上了解到，由圖靈獎迄今惟一華裔獲得者、清華大學教授姚期智領銜的重大科學問題導向項目，預計將在5年內初步建立全世界第一個“全量子網絡”雛形。 據了解，此次“量子信息科學前沿”暑期研討班集聚了150多名來自瑞典、美國、日本、中國的物理學與計算機科學領域的青年學者。研討班為期一周，由清華大學交叉信息研究院主辦。 全量子網絡，指由量子傳輸通道和量子結點組成的復雜信息網絡。每個量子結點有一定的信息存儲和處理功能，單個量子結點構成一個小型的量子計算機，而量子通道則連接不同小型量子計算機。不同于現有互聯網，全量子網絡應用了量子物理特性，可突破現有網絡物理極限，具有更強信息傳輸和處理能力。迄今為止，世界上還沒有真正意義上的全量子網絡，而預計5年內建成的全量子網絡雛形光纖通信距離將達到150公里，存儲速度在1至2秒之間。 “有人問我，在量子網絡中是否可以把人從一個點傳遞到另一個點，比如從家里去上班，是否都不用乘坐交通工具了？從科學的原則上來說，這確實可以做到——只要宇宙與地球更大一些、實驗室更大一些，而整個人的構造變成非常微小的系統。”據姚期智教授介紹，目前在實驗室中能做到的是一兩個比分子更微小的系統的傳遞，雖然傳遞活生生的人這么一個大系統在技術上非常困難，但任何探索如果在科學原則上得到理論肯定，并進入相對工程化的階段，科技的進展速度將比普通人的想象迅猛得多。 “無論是量子信息還是一般量子前沿研究，目前均為世界各國精英所關注。”據姚期智教授介紹，一如50年前微電子工業開始階段，雖然科學家無法看到具體產品，但誰都明白微電子的發展與前景將對人類科技與產業產生重大影響一樣，量子科技在未來科研與經濟應用領域的革命性影響，已成為共識。 在姚期智教授看來，量子科技是一門非常前沿的學問，中國在這方面與世界最先進的研究尚有距離。如何后來居上，關鍵在于找到切入點，這個切入點必須適合兩個條件：既是全球聚焦的方向，又能在這個方向上集聚起全球最有能力的專家組成團隊，在起跑線上與其他國家競爭。“量子信息、量子網絡與量子計算機，就是一個切入點。” 量子信息科學在過去10年間取得了巨大發展，它聯系多個科學領域，其中包括物理、數學、計算機科學和信息技術。這些不同領域間富有成效的交叉互動，也帶來了許多激動人心的革命性進展。在過去10多年內，計算機領域的科學家們發現，在原則上如果用最新方法量子物理來做一個新型量子計算機，或可解決目前不能解決的問題。 眼下，全世界都希望做出量子計算機來，而建造量子網絡的目的之一，就是通過量子網絡達到構造量子計算機的目的。姚期智教授指出，建立量子網絡，并構造量子計算機，關鍵在于規模化，在于系統做大。 “研究量子網絡，做出量子計算機，并非為了淘汰電子計算機。量子計算機的主要目的，是為了應對普通計算機不能做到的情況。”姚期智教授分析，有了量子計算機，將使計算的概念煥然一新，并可解決包括高溫超導體的理論問題等目前不能解決的問題。“有了量子計算機后，能幫助我們知道這些理論是否正確，這是現有計算機永遠不可能做的。” 已有理論研究表明，鑒于全量子網絡的復雜性，人們對其認知尚屬初步，而由于量子信息不可克隆，具有特殊性與脆弱性，全量子網絡的物理實現對科學家操控量子態的能力，提出了極大挑戰。據悉，全量子網絡基礎和量子結點的物理實現、物理平臺構建與關鍵物理器件實現等，是此次重大科學問題導向項目擬解決的關鍵科學問題。 《文匯報》 |
