中国科学院院士潘建伟:量子的神话与现实,到底能引领人类走多远

中国科学院院士潘建伟:量子的神话与现实,到底能引领人类走多远

刘老师 发表于 2016-06-05 15:00 上一篇 下一篇


量子,是物质构成的基本单元,是能量的基本携带者。

当它被应用于保密通信领域的时候,它可以实现无条件的通信安全;当它被应用于计算领域时,它可以“秒杀”峰值计算速度达每秒5.49亿亿次的“天河二号”超级计算机;它为解决气象学、金融学等领域的大数据分析问题指明了方向,更可以使海面之下的潜水艇无需上浮校准位置,仍然能够长时间地掌握精确的导航信息。

以上所展示的,都是量子理论付诸实践之后产生的奇迹。4月25日,未来论坛第六期“理解未来”讲座,在北京IFC大厦耶鲁(北京)中心开讲。中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟院士用生动有趣的语言,向在座的听众描绘了一幅关于量子的美妙图景。然而,上述的奇迹仅仅是量子世界很小的一部分,让我们回到讲座的开始,看看在潘建伟院士眼中,量子到底能引领人类走多远。

中国科学院院士潘建伟:量子的神话与现实,到底能引领人类走多远

中国科学院院士、中国科学技术大学教授 潘建伟院士


“《西游记》里有两个大家非常喜欢的神仙,千里眼和顺风耳。其实这两个概念,现在的电视和电话从某种意义上讲已经实现了。此外,天上一日、地上一年的传说也被相对论证实了。”潘建伟院士从中国人耳熟能详的古代神话讲起,拉近了前沿科学与听众之间的距离,“孙悟空的分身术和筋斗云,我们现在能不能实现呢?”

由此,潘建伟院士开始向现场听众解释量子世界的分身术。他并没有使用国际上较为流行的“薛定谔的猫”作为例子,而是假设了一趟从法兰克福飞往北京的旅行。“如果我从法兰克福飞往北京的路上睡着了,我就不知道自己在中途是经过了北边的莫斯科还是经过了南边的新加坡,就好像我同时存在于这两条航线上一样。”潘建伟院士解释道,“在微观世界中,我们看不到粒子是从哪边过来的,它可以同时存在于很多个地方,这就是量子叠加的状态。”

“潘建伟的航班”让量子世界的神奇初露锋芒。随后,粒子状态会受到观测者的干扰,粒子之间存在超空间关联的纠缠态等量子力学的基本概念也被引出。“利用量子的纠缠态,可以把客体的信息,用量子隐形传态的方式从一个地方传到另一个遥远的地方。将北京的我的所有信息传输到上海,然后用同样多的物质在那里重塑一个我,这是一种光速的旅行方式。量子力学不仅允许‘分身术’,也允许‘筋斗云’的存在。”

微观世界的运行状态,完全颠覆了普通人对传统物理学概念的理解。针对听众的困惑,潘建伟院士从牛顿经典力学讲起,梳理了量子力学发展的历史,并介绍了量子力学发展早期爱因斯坦与玻尔之间的争论。

“爱因斯坦把量子纠缠称为‘遥远地点之间的诡异互动’,他认为相对论不能允许这种情形发生。玻尔则认为,量子纠缠的过程中不存在能量传递,所以跟相对论概念里的能量传播是没有矛盾的。”潘建伟院士介绍道,相对论是定域性的,认为在类空间隔下对一个粒子的测量不应该对另一个粒子产生影响;量子力学则是非定域性的,对一个粒子的测量会瞬间改变另一个粒子的状态。后来的实验结果证明,玻尔的看法是正确的。

相对论与量子力学的争论暂告一段落。潘建伟院士随后指出,二十世纪,在研究和应用量子力学、相对论的过程中所催生的信息科学,为人类带来了物质文明的巨大进步。信息科技的进一步发展,正面临着计算能力和信息安全的瓶颈。对量子世界规律的研究,可以帮助人们实现计算能力的飞跃和无条件的信息安全,完成更加精密的测量,更能够有效揭示复杂物理系统的规律,突破信息和物质科学技术的经典极限。

潘建伟院士还就量子通信和量子计算领域的前沿进展,国际上的竞争态势,以及中国量子信息科技发展的近远期目标进行了详细的介绍。目前,我国已经掌握了实用化城域光纤量子通信网络的技术,并在国防、政务、金融等领域的信息传送保障方面得到多次应用。量子计算方面,在经典信息领域一直扮演追赶者角色的中国也已经在世界上占据了一席之地。“经过将近十年的努力,我国在量子通信方面已经取得了一定的优势。随着京沪量子通信干线的建成和量子通信卫星的即将发射,在这些领域我们是领先于欧洲和北美的。”潘建伟院士说。

中国科学院院士潘建伟:量子的神话与现实,到底能引领人类走多远

北京大学物理学院院长 谢心澄教授

北京大学物理学院院长谢心澄教授对潘建伟院士的讲座进行了点评。谢心澄教授指出,科学研究一般有两个驱动力,一是好奇心,二是技术的发展。能够把好奇心和技术发展在科研初期就结合起来是非常少见的,量子信息就是一个完美的例子。“量子力学相对来说已经是比较古老的课题,但是我跟很多人一样,相信这门学科将会有第二个春天,科学上我们提倡第二个春天。”谢心澄教授说道。

在随后的提问环节中,量子力学给当今世界带来的哲学理念和社会运行机制的冲击成为了在场听众最关注的环节。在座的未来论坛咨询委员会委员朱云来先生向潘建伟院士询问了关于量子隐形传态的问题:“我们在隐形传态中传输过去的究竟是一种状态,还是能量或者物质?”

中国科学院院士潘建伟:量子的神话与现实,到底能引领人类走多远

潘建伟院士解释道,这一过程中物质和能量都没有传过去,只是把粒子状态本身进行了传输。传输目的地在拿到状态信息之后,在当地用同样多的物质,把那种状态重新构造了出来。如果是人的传输,你所有的记忆,所有的病痛,所有的感觉全都一模一样,当然出发地的人就会变成一团原始的物质。这个过程不是克隆,而是对人更完整意义上的百分之百的传输。

“作为一个人,你被传输到目的地之后,仍是独一无二的。”潘建伟院士说道。

中国科学院院士潘建伟:量子的神话与现实,到底能引领人类走多远

提问的最后,现场的阶梯座椅后面传来了一句稚嫩的声音:“我想问,人变成量子会不会死啊?”一个从时间的角度来看,离死亡的距离最为遥远的孩子,问出了与人的最终命运密切相连的问题。

“不会的。”潘建伟院士走向孩子,微笑着摇了摇头,“人类身体里的每一个粒子都是量子,我们不是活得好好的吗?”

潘建伟院士是国际量子信息和量子通信实验研究领域的先驱和开拓者之一,也是该领域有重要国际影响力的科学家。获得一系列成果的他,平时很忙,很少到外面演讲。此次应未来论坛之邀,潘建伟院士说他十分高兴,他感到未来论坛这个平台很好,理解未来讲座做了件很有意义的事。特别是这次讲座上与中小学生的互动,更让潘建伟院士感动,他说:孩子,就是未来。

中国科学院院士潘建伟:量子的神话与现实,到底能引领人类走多远

未来论坛创始理事、秘书长武红

中国科学院院士潘建伟:量子的神话与现实,到底能引领人类走多远

讲座结束了,百余位听众意犹未尽,他们都说,未来论坛主办的“理解未来”讲座,邀请到的演讲人“特别棒”,讲座内容给大家提供了多重感受和视角。正如该讲座的宗旨所述:启蒙、激发、唤醒,让人们的智识版本实时更新。

文章转载请注明出处为 “未来论坛”微信账号(ID:futureforum)

未来论坛是一个承载人类科技梦想,用科技改变世界的公益平台;一个连接前沿科技,解读未来趋势的思想平台。

未来论坛由一批时下最有影响力的互联网界、投资界、科技界人士共同发起。其中有李彦宏、杨元庆、徐小平、丁健、沈南鹏、张磊等工商界翘楚,也有施一公、饶毅、张首晟等蜚声中外的顶尖科学家。

关注我们

微信:未来论坛(ID:futureforum)

微博:@未来论坛FutureForum

官网:www.futureforum.org.cn


评论


暂时没有评论~

作者
刘老师

学无止境,虚怀若谷!


文章:189
本类推荐
DNA VS 易经(2)
刘老师  2017-11-04 17:04:00
   936   
本类热门
德国工业4.0看世界第四次工业革命
   1767   
DNA VS 易经(1)
刘老师  2017-11-04 12:57:00
   1147   
DNA VS 易经(2)
刘老师  2017-11-04 17:04:00
   936