11月18日下午，廣州科普大講壇第181期《走向?qū)嵱没牧孔蛹夹g(shù)》特別直播節(jié)目，在廣東廣播電視臺(tái)直播間熱烈開講，中山大學(xué)物理與天文學(xué)院教授、物理與天文學(xué)院量子信息和測控團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人羅樂，就量子科技的應(yīng)用與影響、實(shí)用化發(fā)展方向、廣東量子科技發(fā)展的現(xiàn)狀、粵港灣大灣區(qū)能否成為量子信息科技時(shí)代的硅谷灣區(qū)等方面，給觀眾和網(wǎng)友們帶來了一場內(nèi)容豐富的知識(shí)盛宴，讓公眾更加深刻地理解了量子力學(xué)，打開了量子思維，了解了最新量子科技發(fā)展態(tài)勢與應(yīng)用。

本期講壇由廣州市科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、廣州日?qǐng)?bào)主辦，廣州市科學(xué)技術(shù)普及中心、廣東廣播電視臺(tái)珠江經(jīng)濟(jì)臺(tái)等單位承辦，在觸電APP、粵聽APP、新花城APP、廣州日?qǐng)?bào)APP、新快報(bào)ZAKER等平臺(tái)同步直播。

【量子技術(shù)為我國信息世界帶來革命性變化】

今天越來越多人開始討論量子科技，實(shí)際上我們?cè)缫烟幱诘诙瘟孔痈锩A段。羅教授首先談到如何理解量子物理學(xué)?它有兩大特點(diǎn)，首先，任何的量子都是處于一種不確定的疊加狀態(tài)當(dāng)中，它的重點(diǎn)不是我們無法確定它的狀態(tài)，而在于量子本質(zhì)上就處于一種不確定的狀態(tài)。第二個(gè)特點(diǎn)是，如果你一旦對(duì)這個(gè)量子系統(tǒng)進(jìn)行測量的話，那么它的狀態(tài)就確定了。 打個(gè)比方，我們?cè)诖髽巧闲凶?，作為一個(gè)人，是一個(gè)經(jīng)典物體，人在3樓和在4樓，是確定的;但作為一個(gè)量子物質(zhì)，可能處在3樓，也可能同時(shí)處在4樓，但是很奇怪的是，如果你打一個(gè)電話問一問這個(gè)量子物質(zhì)在哪里，當(dāng)你問的一瞬間，它的狀態(tài)馬上就確定了，這就是量子世界的一些奇妙之處。

早在20世紀(jì)末期，量子革命的新時(shí)代就開始了。第一次量子革命把粒子和波的概念聯(lián)系在一起，而第二次量子革命則是來源于著名物理學(xué)家費(fèi)曼對(duì)于波粒二象性的一些前瞻性的思考。羅教授講到，費(fèi)曼在上個(gè)世紀(jì)70年代想象的那臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，是將量子信息原理作為軟件、將對(duì)微觀量子粒子的測控作為硬件來打破我們對(duì)于傳統(tǒng)信息處理方式的認(rèn)知。 簡單來說，第二次量子革命實(shí)際上是物質(zhì)和信息在量子的層次上加以統(tǒng)一的描述并且利用，來盡力進(jìn)入一個(gè)所謂物質(zhì)和信息一體的物理學(xué)，從而為信息技術(shù)帶來新的革命?，F(xiàn)今，人類歷史上第二次量子革命已全面開啟，將誕生一系列量子技術(shù)。一些量子技術(shù)已經(jīng)在探測、通信、計(jì)算等領(lǐng)域初顯身手，并逐步應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，這將對(duì)現(xiàn)代社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

【傳統(tǒng)信息技術(shù)遇瓶頸，量子技術(shù)顯身手】

現(xiàn)今，信息安全成通信網(wǎng)絡(luò)一大瓶頸，傳統(tǒng)加密算法原則上都可能被破解。目前廣泛使用的RSA 512位加密算法早在1999年已被破解，RSA 768位已于2009年被破解……可以說，隨著計(jì)算能力的發(fā)展，信息安全成為了信息技術(shù)發(fā)展中最大的隱患。其次是基于摩爾定律的傳統(tǒng)計(jì)算能力發(fā)展模式正受到嚴(yán)重制約性，有科學(xué)家認(rèn)為，即使將全世界所有的計(jì)算能力疊加，目前仍無法在一年內(nèi)完成2的80次方或者90次方數(shù)據(jù)的窮舉搜索。

羅樂教授認(rèn)為，量子信息技術(shù)在這兩方面則展現(xiàn)出了它的優(yōu)先性。首先是安全性，由于量子疊加所產(chǎn)生的不確定性特質(zhì)，令我們可以根據(jù)量子狀態(tài)是否確定來判斷知否有人進(jìn)行信息竊取。如果沒有人進(jìn)行信息竊取，量子肯定處于不確定狀態(tài)，但一旦有人進(jìn)行了信息竊取，量子馬上就變?yōu)榇_定狀態(tài)，因此在量子密鑰傳輸過程中竊取者無法做到既偷看又不留下痕跡。羅教授也強(qiáng)調(diào)利用量子技術(shù)加密因其具有理論上的無條件安全性而備受關(guān)注，但是在實(shí)際系統(tǒng)中，量子技術(shù)也會(huì)由于設(shè)備的非完美性而存在安全性漏洞也應(yīng)該給予足夠重視。其次是運(yùn)算能力，量子比特之間的糾纏使得量子計(jì)算機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)并行計(jì)算，隨著量子比特?cái)?shù)量增加，量子計(jì)算能力可呈指數(shù)級(jí)規(guī)模拓展，最終達(dá)到"宇"量存儲(chǔ)和運(yùn)算能力。羅樂教授指出，在2019年9月，谷歌公司研制了一個(gè)包含53個(gè)量子比特的量子芯片，執(zhí)行一個(gè)特定的計(jì)算任務(wù)用了3分20秒，而對(duì)于同樣的任務(wù)，采用目前最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)并且經(jīng)過理論優(yōu)化后，完成這項(xiàng)任務(wù)也需要2.5天，由此可見量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力具有極大的潛力。

【量子技術(shù)走進(jìn)大眾生活，帶來實(shí)際應(yīng)用】

羅樂教授表示量子技術(shù)所依賴的物理體系，在自然界中是不存在的，需要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行制備。這種人工制造的物力體系具有量子相干態(tài)和糾纏態(tài)，可以應(yīng)用于信息的處理和感知等方面。

一是量子通訊。利用微觀粒子的量子態(tài)或量子糾纏效應(yīng)等進(jìn)行密鑰或信息傳遞，基于量子力學(xué)原理提供無條件安全的通信保證。

二是量子傳感?；诹孔討B(tài)測量，對(duì)被測系統(tǒng)的各種物理量執(zhí)行變換和信息輸出的精密測量技術(shù)，測量精度、靈敏度和穩(wěn)定性優(yōu)勢明顯。

三是量子計(jì)算，以量子比特為基本單元，通過量子態(tài)受控演化實(shí)現(xiàn)信息編碼和計(jì)算存儲(chǔ)，具有巨大信息攜帶量和超強(qiáng)并行計(jì)算能力。事實(shí)上，現(xiàn)在發(fā)展最為迅速，推廣最為廣泛的實(shí)用化量子科技就是量子計(jì)算技術(shù)。比如：量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)，道路交通信息通信系統(tǒng)和同時(shí)路線最優(yōu)化算法，量子算法+化學(xué)分子研發(fā)抗體類、多肽類藥物，量子化學(xué)應(yīng)用云服務(wù)，金融資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管理與分析等等。IBM、華為、大眾汽車、谷歌等多家企業(yè)機(jī)構(gòu)均已在量子計(jì)算技術(shù)實(shí)用化道路上取得了非凡的成績。

可以預(yù)見，未來量子技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展將實(shí)現(xiàn)真正惠及每一個(gè)百姓，給百姓日常生活帶來翻天覆地的變化。

【粵港澳大灣區(qū)有望成為我國量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的排頭兵】

中山大學(xué)有曾經(jīng)位居于世界第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)天河二號(hào)，羅教授提到，未來廣東的高校、科研院所，以及一些具有發(fā)展優(yōu)勢的傳統(tǒng)信息產(chǎn)業(yè)的企業(yè)，必將能夠把以前在傳統(tǒng)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展中所積累的優(yōu)勢成功轉(zhuǎn)化為量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢。量子信息產(chǎn)業(yè)的光電技術(shù)、激光技術(shù)、真空技術(shù)、精密機(jī)械制造技術(shù)、微制備技術(shù)、高速電子器件技術(shù)等，實(shí)際上都依賴于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，兩者之間密不可分、相互促進(jìn)。

羅樂教授最后談到，在中央政治局集體學(xué)習(xí)中，這是因?yàn)榱孔蛹夹g(shù)會(huì)對(duì)整個(gè)信息技術(shù)產(chǎn)生革命性的影響，將會(huì)成為一種非常重要的體現(xiàn)國家競爭力的核心技術(shù)?；趶V東在人才吸引、智力引進(jìn)、制度創(chuàng)新方面所具有的獨(dú)特優(yōu)勢，我們可以相信廣東完全可以在量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上成為中國的排頭兵，甚至能夠引領(lǐng)世界發(fā)展的潮流，有信心期待粵港澳大灣區(qū)能夠成為一個(gè)量子灣區(qū)，信息科技的下一個(gè)硅谷。作者：蘇華麗、張嘉嘉、周秋洪、黃愛文

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