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量子科技誓攀创新之巅
本文来源: 安徽日报 2020-02-26 16:57:11 编辑: 周雨濛 作者: 桂运安
如今,安徽省、中科院已将创建量子信息国家实验室作为我省科技创新 “一号工程”,随着中科院量子信息与量子科技创新研究院揭牌,我省正向着量子信息国家实验室这一重大目标迈进。

“‘墨子号’原先设定两年完成的科学实验任务,我们几个月就已全部完成,并且结果比预想的要好很多。 ”4月20日,中国科学技术大学常务副校长、中国科学院院士潘建伟说。去年底,《华尔街日报》针对中国科技的高速发展,给出了题为《沉寂了一千年,中国誓回发明创新之巅》的专题文章,将“墨子号”量子卫星作为中国创新能力提升的重要标志。如今,安徽省、中科院已将创建量子信息国家实验室作为我省科技创新 “一号工程”,随着中科院量子信息与量子科技创新研究院揭牌,我省正向着量子信息国家实验室这一重大目标迈进。

量子通信闪耀世界前沿

去年8月16日1时40分,浩瀚的宇宙升起了一颗耀眼的新星。当天,中科大主导研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射。今年1月18日,“墨子号”圆满完成4个月在轨测试任务,正式交付中科大使用。目前,“墨子号”科学实验任务已全部完成,应德国、奥地利、意大利、加拿大等国的合作请求,后期将在空间量子实验中,开展以我国为主导的国际合作研究。

“‘墨子号’成功发射之后,‘空地量子密钥分发’技术去年9月接着又在天宫二号里面使用。 ”潘建伟表示。去年9月15日,中科大研制的空间应用系统有效载荷—空地量子密钥分配试验专项随天宫二号发射升空,开展了在轨测试。至此,我国初步建成空间量子通信实验平台,为实现空间量子密钥分发、纠缠分发和隐形传态分发等研究的“领跑”奠定了重要基础。

今年2月,世界首条千公里级量子保密通信干线“京沪干线”与“墨子号”量子卫星的天地链路接通,标志着世界首个天地一体、具备覆盖我国全境能力的广域量子通信网络初具雏形。全长2000余公里,连接北京、上海,贯穿济南、合肥等地,可提供高速、高安全等级的信息传输保障……去年底,由中科大牵头承建的“京沪干线”全线贯通。 “目前,‘京沪干线’正在进行一系列稳定性、安全性测试。经过相关的严格测试后,将于近期正式交付使用。 ”潘建伟表示,“墨子号”上天、“京沪干线”贯通,进一步扩大我国在量子通信领域的国际领先地位。

中科大量子通信成果,吸引了世界的目光。习近平总书记在今年的新年贺词中,明确提到“‘墨子号’飞向太空”。去年底,“墨子号”量子卫星和人类首次探测到引力波等重大成果,一起入选英国《自然》杂志点评的年度国际重大科学事件。同时,“墨子号”量子卫星作为唯一诞生于美国本土之外的创新技术,还入选《科学美国人》杂志评选的2016年度“改变世界的十大创新技术”。 “京沪干线”全线贯通后,英国《经济学人》杂志在今年3月题为《量子飞跃》的封面文章中,指出“没有一个量子网络比中国建成的‘京沪干线’更具雄心”。

量子计算实现弯道超车

具有超强计算能力的量子计算机,是当前世界各国追逐的热点。 “目前,我们在光量子计算方面已做出了一个量子计算机原型机,并首次突破传统电子管和晶体管计算机的速度。 ”4月20日,潘建伟在中科大校园接受采访时表示,中科大量子计算机研制虽然刚刚起步,但通过这一原型机演示,量子计算机已经可以超越传统计算机的计算速度。

量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算模式,由于其具有超越经典计算的强大并行计算能力,使得它突破了现有信息技术面临的极限。当前,世界上运算速度最快的超级计算机,是中国的“神威·太湖之光”,其峰值性能达到每秒12.5亿亿次,成为世界首台运行速度超10亿亿次的超级计算机。但在量子计算机面前,这一速度只算“小儿科”。科学家指出,分解一个有400个数字的合数,超级计算机要几百万年,而量子计算机只需一年或更短时间。专家介绍,量子计算机是以量子比特来运行。在传统计算机中,基本信息单位为比特,在0和1的二进制系统上运行,但是量子比特,除了0和1之外,还可以表示0和1在一起排列的多种态叠加。如果传统计算机是单一乐器,那么量子计算机则是整个交响乐团,其计算能力可见一斑。

去年底,中科大潘建伟团队实现10个光子比特的量子纠缠,再次刷新世界纪录。 “今年底,我们非常有希望能达到18~20个比特的光量子纠缠。”潘建伟说,这将一步确立我国在光量子计算方面的引领性地位。在超导量子比特纠缠方面,中科大的成果同样引人注目。此前,国际上超导量子计算的最新成果,是由谷歌公司公布的9个超导量子比特。 “目前,我们已经做到10个超导量子比特,今年底,非常有信心能达到20个超导量子比特的相干操纵。 ”潘建伟说,最近,他们用这个超导比特的相关设备,已经演示了基于4个量子比特的线性方程组求解。

超冷原子量子计算和模拟,是实现量子计算机最有潜力的方向之一,去年中科大在该领域已有多项成果刊发在《科学》等权威刊物。 “通过3~5年的努力,我们的超冷原子系统非常有希望实现几百个量子比特的相干操纵,这是短时间里最有希望突破目前最快计算机计算能力的系统之一。”潘建伟说,下一步,他们将在超导量子计算和超冷原子量子模拟方面持续“发力”。量子科技踏上崭新征程“很有前途、非常重要、大有可为。 ”去年4月26日,习近平总书记视察中科大先进技术研究院量子通信京沪干线合肥总控中心时,对中科大量子通信研发工作给予充分肯定。今年2月27日,合肥综合性国家科学中心暨量子信息与量子科技创新研究院建设动员大会在合肥召开。会上,合肥综合性国家科学中心、中科院量子信息与量子科技创新研究院正式揭牌。

“已经揭牌的中科院量子创新研究院,将按照国家实验室的体制机制和运行模式进行建设,为组建量子信息国家实验室创造条件、奠定基础。 ”潘建伟透露,去年10月,中科院党组会议研究决定,落实中科院与安徽省签署的院省全面创新合作协议,将中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心更名为量子信息与量子科技创新研究院。

目前,作为合肥综合性国家科学中心核心项目,我省已将创建量子信息国家实验室列为全省科技创新 “一号工程”,安徽省和合肥市共同出资设立了量子信息科技重大专项引导基金,合肥市承诺给予资金、土地、人才引进政策等方面的配套支持,中科院积极组织所属研究院所和有关领域优秀科研、技术队伍,全力支持量子信息国家实验室申报。潘建伟说,中科院量子创新研究院将服务于国家信息安全保障、计算能力提高等重大需求,着力突破以量子信息为主导的第二次量子革命中的前沿科学问题和核心关键技术,抢占量子科技国际竞争和未来发展的制高点。

中科院量子创新研究院建设主体为中科大,项目选址合肥市高新区,总投资约70亿元。 “量子通信、量子计算和量子测量,是我们主攻的三个方向。 ”潘建伟表示,中科院量子创新研究院实力强劲,除了他率领的量子通信团队外,还有杜江峰院士率领的自旋量子物理团队,郭光灿院士率领的量子信息团队,杨金龙教授和侯建国院士率领的分子调控团队,陈仙辉、张裕恒院士分别率领的高温超导团队,以及罗毅、卢征天教授率领的分子精密测量团队等。这6个团队均走在世界前列,该研究院已成为世界上最好的量子信息研究机构之一。

“去年总书记视察安徽时,特别强调了文化自信。我们所取得的系列成果,很好地印证了文化自信,证明中国人在国内也能做很好的研究。 ”潘建伟表示。目前,“量子通信与量子计算机”已被列入国家 “十三五”规划纲要科技创新2030重大科技项目。 “今后,在量子科技领域,我们将瞄准原创性和产业化,力争取得更多更好的世界领先成果。 ”潘建伟平缓的语调下,透着自信和霸气。

标签: 量子科技
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