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量子技術研究物質微粒的量子態,實現物質與物質之間的轉換,比如可以直接用空氣製造出大米。用鐵製出黃金。未來也可能再也沒有汽車等一切交通工具,有的只是視窗透過量子轉移從一個視窗進去另一個窗口出來你就到了你想去的地方去了。
量子技術研究物質微粒的量子態,實現物質與物質之間的轉換,比如可以直接用空氣製造出大米。用鐵製出黃金。未來也可能再也沒有汽車等一切交通工具,有的只是視窗透過量子轉移從一個視窗進去另一個窗口出來你就到了你想去的地方去了。
中國關於量子技術的研究起始於2011年,並在2013年啟動了“京滬幹線”光纖量子通訊骨幹網工程專案。官方資料顯示,建成後的“京滬幹線”全長達2000多公里,沿線包括北京、濟南、合肥、上海等眾多國內都會網路絡。這也將是全球第一個廣域光纖量子保密通訊骨幹網路。
量子技術帶給我們的不僅是產業效應的增長,同時其對國防事業、經濟發展都將產生巨大影響。隨著量子技術的深入發展,其對人類未來生活的影響逐漸擴大,甚至在部分領域形成顛覆性變革。隨著眾多權威媒體爭相報道量子技術,越來越多的目光聚焦到這項前沿科技的發展上。量子技術究竟能給我們帶來什麼樣的顛覆式創新呢?
一、量子技術的特質
首先,關於量子技術我們要明確一個很重要的概念:量子糾纏。即微觀下,兩個或任意多個粒子本身的狀態存在關聯。任何一個粒子的狀態都不是獨立的,會受其他粒子影響。當一個粒子狀態完全確定後,其他粒子狀態同時確定。量子糾纏具有如下兩個特質:
無限關聯。量子糾纏間無限關聯是量子性質,其特質就是將量子糾纏的兩個粒子拉開不論多遠,當對其中一個粒子進行操作的時候,另一個粒子也會瞬間相應產生變化。
保密。在不去測量(等於破壞)量子糾纏態時,量子的狀態無人知曉。但一旦被測量,粒子的狀態就會固定且永遠不變。比如製作了一個量子糾纏對作為金鑰,A和B各拿一個。在使用的一瞬間只有A和B知道密碼,且保證“一次一密”,用完後這對金鑰就作廢。如果有人在金鑰使用前進行竊聽,那麼量子態就會遭到破壞。A和B根據量子態的變化感知到被竊聽,從而立即更換新的金鑰。以此保證整個資訊傳輸過程的絕對保密性,整個資訊傳遞過程都由量子性質所保護。
二、量子通訊
手機滿足了對即時通訊的需求,其已經融入生活無法剝離。而量子技術最先顛覆的領域,極有可能就是我們熟悉的通訊行業。在現代通訊中,使用者往往最關注的就是資訊保安保密和訊號強度問題。量子糾纏的無限距離通訊和保密性應用到通訊技術中,可為使用者妥善解決這些顧慮,帶來更好的使用者體驗。
量子通訊還可實現最快的通訊速度。研究表明即使兩個糾纏的粒子距離分隔到宇宙長度,它們之間的通訊也可做到即刻傳輸到達彼此。這與傳統光速通訊相比,其傳遞過程不受任何障礙阻擋。線路延時為零,且安全又環保,不會產生任何電磁輻射的汙染。同時,量子通訊傳輸過程與傳播介質無關,不受空間環境的影響,具有優秀的抗干擾性能。
三、量子計算機
計算機也是日常生活中幾乎必用的裝置。傳統計算機的計算速度只跟電晶體數量和CPU執行緒有關,且不斷在接近目前技術所能達到的極限。而量子計算機可以輕易達到普通計算機的極限,甚至大大超過普通計算機的極限。從計算能力方面而言,也許以後手機大小的民用量子計算機的計算量,能跟現有的天河一號超級計算機相媲美。
量子計算機一旦問世進行商業化後,計算機結構會發生重大改變。很多現有普通計算機的硬體和材料都將會被淘汰,那些原先的硬體供應商將面臨“生死抉擇”。同時量子計算機,特別是其軟體系統將會帶來怎樣的使用者體驗,目前也無法預測。能否及時適應量子計算機時代的到來,是計算機硬體、軟體供應商需要共同面對的挑戰。
四、量子超導技術
我們生活中方方面面用到的電,其微觀是電子的運動。電子是費米子,低溫下超導材料的電子會兩兩配對。變成玻色子,然後再集體行動,這種組織行為方式就是量子行為。超導是一種宏觀量子現象,其與生活聯絡最為密切的方面,就是遠端輸電和磁懸浮應用。
假如沒有了電,生活將會怎樣?如何高效且安全地輸送電力一直是電力行業重點關注的問題。普通輸電由於電線有電阻,必然會產生損耗。而遠端輸電是透過提高電壓來減少損耗,高壓線危險也由此而來,因其電壓一般都達到百萬千伏。如果達到超導,輸電材料電阻為零;遠端輸電將不會產生任何損耗,也不會發熱。同時也可適當調控電壓,更好地控制風險。
而備受關注的磁懸浮列車專案中,磁懸浮需要強磁場。而目前強磁場只有透過電磁鐵獲得,電磁鐵又需電流在電線裡反覆繞圈。普通電線會因此持續發熱導致燒壞,直接影響到強磁場的生成。而超導材料由於沒有電阻,不會發熱;不存在燒壞材料的現象,使用中也更加安全和方便。自然界大部分材料在一定低溫條件下,都會進入超導態這種電阻為零的宏觀量子態。目前世界頂級物理實驗室在做的就是儘量把要求的低溫提高,以期達到室溫甚至高於室溫要求,使量子超導材料可實現穩定性並可商業化,走進人們的日常生活。
政策和資本的高度關注,必將加速量子技術的發展和前進。目前,中國“十三五”規劃裡列出了未來五年中國計劃實施的100個重大專案及工程,量子通訊和天地一體化資訊網都被納入其中。除了政府和科研實驗室對量子技術深感興趣,最近谷歌、惠普、IBM和微軟這些跨國公司也紛紛向量子技術丟擲橄欖枝,陸續啟動了量子商業化的攻堅專案。
在目前的資訊科技中,量子技術是最具革命性前景的,其也會輕易顛覆掉我們熟悉的領域。量子科技的未來充滿無限可能,人類生活和社會生產都將因量子技術而發生深刻的變革。