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“菲涅尔奖”奖潘建伟:操纵量子之梦

导读: 处于纠缠态的量子之间,会有神奇的“心灵感应”:它们即使隔着一整个太阳系,改变其中一个的状态,另一个也会随之改变。它们之间的感应速度究竟有多快?70余年来,物理学家一直在寻求准确、完美的答案。

  ——处于纠缠态的量子之间,会有神奇的“心灵感应”:它们即使隔着一整个太阳系,改变其中一个的状态,另一个也会随之改变。它们之间的感应速度究竟有多快?70余年来,物理学家一直在寻求准确、完美的答案。

  7月底,中国科学技术大学潘建伟院士领衔的自由空间量子通信团队给出了一个迄今为止相对最完善的答案:在所有相对地球以千分之一光速或更低速度运行惯性参照系中,至少为光速的一万倍。这个刊发在国际著名学术期刊《物理评论快报》上的漂亮结果,在国际量子物理学界再次引起强烈反响。

  其实,潘建伟的团队在量子领域已奋斗了十几年。2007年11月,英国著名科普杂志《新科学家》在“中国崛起”一文中这样写道:“潘建伟和他的同事使中国科大乃至整个中国在量子计算机的世界地图上稳稳地占有了一席之地。”

  2001年回国的潘建伟在合肥的中国科学技术大学建起了量子信息实验室。后来,他把团队扩展到了上海——在浦东秀浦路的中国科大上海研究院里,建起了一个与合肥相呼应的科研团队——上海量子工程中心。

  走进中心实验室,记者看到的是一张张年轻而淳朴的面孔。然而,他们个个都随潘建伟在量子信息领域摸爬滚打了十多年,这群平均年龄不超过35岁的教授们已各有建树。他们的梦想就是“操纵量子”——要让现在听来玄而又玄的量子,真实进入到每个人的生活中。

  “给我一个量子,我要用它改变世界。”

  梦想“量子为我所用”

  量子,听起来很神秘,但它每天都充斥在我们周围,比如日常生活中的光,就是由大量光量子组成的。量子有着许多奇妙特性,若能掌握这些特性,则有望实现对信息处理能力革命性的突破。

  量子世界与我们日常生活的世界最显著的区别就是,多个量子状态可以同时叠加在一起。比如我们在信息处理时用到的比特,只能处于“0”或“1”两种状态之一,而量子信息处理所用到的量子比特,却可以同时处于“0”和“1”的叠加状态。这意味着,用量子比特编码的大量数据可以同时进行计算,这就可以带来强大的量子计算机。

  潘建伟举了一个例子:用现在的计算机模拟300个粒子的体系演化规律,所需存储单元的数量,比已知宇宙中所有的原子数目还要多,现在的计算机就hold不住了。而对于量子计算机来说,完成这样的任务就只需要300个量子比特。只要明白这一点,就不难想象到量子计算机将会带来怎样的变革。

  潘建伟的梦想就与“量子为我所用”有关。然而,要真正实现有应用价值的量子信息处理,比如造出一台量子计算机,就需要攻克无数难题——

  要让量子计算机的“心脏”像传统计算机的CPU那样“奔腾”起来,就必须具备操纵多粒子量子纠缠的能力。一个形象的比喻是,一个多粒子纠缠的实验平台如同驾驭量子计算的航空母舰,倚籍于这个载体才有可能施展拳脚,研究各种量子计算的方案。

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