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中国将建成世界最大的量子实验室,它有什么用处与前景?

我国的科研设备有很多第一:世界最大的天文射电望远镜“天眼”、全球第一次登陆月球背面、世界第一台量子卫星“墨子号”、世界第一通讯“5G”开通…眼下正在建的世界最大“量子实验室”预计今年年底建成竣工,吹响向量子世界进发的号角!

中国将建成世界最大的量子实验室,它有什么用处与前景?

国外的量子实验室

自从德国物理学家M·普朗克在1900年提出“黑体辐射能量子”学说,量子学的大门就打开了,后来经过爱因斯坦、玻尔、薛定谔等人的不断完善,逐渐建立起来较完整的理论体系,让量子在航空航天、通讯、医学、天文地理等各行业都得到了广泛的应用,加快了人类文明的步伐。

因此全球各国都有成立不同规模的量子实验室,美国就有个大名鼎鼎的“费米实验室量子研究所”,他们把所有实验室的量子科研集合到一起,利用创新法和粒子物理学促进量子科研。还有欧洲有名的“量子研究中心”,他们今年测量到了反物质中的量子效应,属全球首次。

中国将建成世界最大的量子实验室,它有什么用处与前景?

中国年底将建成世界最大的量子实验室

为了紧跟国际量子物理研究的步伐,我国在量子物理领域的成就也令世界瞩目。2016年,中国制造的量子卫星“墨子号”的成功升空,让世界都记住了中国的量子通讯,成功的实现了国际上量子通讯的弯道超车。

2018年,继“墨子号”获得成功升空后,中科院量子信息与量子科技创新研究院,在安徽合肥动工开建一个世界上最大的量子实验室。这个量子实验室将服务国家量子信息安全,成为国家量子科研发展的重要实验室。现在花开“疫”散,1号科技大楼建设正酣,初现外形,远远望去,东西长700米的建筑就像一个大型的英文字母“H”镶嵌在合肥高新区的大地上,雄伟壮观!

中国将建成世界最大的量子实验室,它有什么用处与前景?

而这个外型的设计灵感就来自于量子纠缠,1号科技楼看起来像极低两个互相纠缠的量子。

量子实验室的用途与前景

量子实验室就是研究量子信息、计算、原子、分子…量子世界的科研技术的机构。有点实力的国家都拥有自己的量子科研机构,就连一些有科研实力大小企业、院校都会成立量子实验室,就像阿里、腾讯、北大、清华等。

建立量子实验室最低也是几十亿美元,为什么他们都花费那么大的代价去建立量子实验室?当然是有利可图才会大量投入了。

就是因为量子物理带来的好处已有目共睹,在100年来的量子发展中,直接促进了信息、核能、半导体晶管、激光、核磁共振、高温超导材料等的不断产生。

首先是量子通讯信息会有较大前景。量子通信在20世纪80~90年代由美国科学家Bennett等人提出,包括量子密钥分发和量子态隐形传输等。是利用量子纠缠的超巨效应实现传递信息的全新通讯。量子纠缠的超距效应被爱因斯坦嘲讽为“鬼魅般的超距作用”。就是它们的速度快到超过了空间甚至时间距离,不管多远距离,都能即刻到达。这就是中国在2016年发射首颗量子卫星“墨子号”后,全世界为什么都给惊讶到了,因为它第一次做到了千公里级的量子纠缠,让通信更安全。现在中国在原来的基础上打造世界最大的量子实验室,将会在量子物理上带来新的飞跃。

中国将建成世界最大的量子实验室,它有什么用处与前景?

其次是量子计算。各大院校、企业多数有量子计算的研究,现在大多网络信息企业也都使用量子计算科技,因为它计算方式是叠加态的,速度远超传统计算机。量子的叠加态能让每种可能的状态以不同方式并行演化。量子计算机如有2个量子位比特,就会将传统计算机里的4个二进制数进行4种叠加计算。也就是说如果一个量子计算机有400个比特量子位,每一步就有2^400方同时操作,这样的计算量是非常庞大的,比已知的所有分子数还多。

量子能量。量子能量主要在医用保健用途较广,催生了一批批量子能量产品,具有美容、排毒、保健等多种生物作用。另外有清洁无污染的量子热能,代替了煤、石油等污染大的传统能源。

什么是量子

量子就是不可再进行分割的基本个体。

就像一个人不可以分身为两个人一样,否则那就是72变的孙悟空了。而这些基本个体大量存在,就像一束光是由无数的光量子光粒子构成,这一束光看似一个整体,其实是由不能再进行细分的光粒子构成。

量子是由德国物理学家普朗克在19世纪进行黑体辐射研究时发现并提出,他得出的结论是:能量的传递不是连续的,而是以能量子的方式以不同频率逐个传播运动,量子力学也由此诞生了。

中国将建成世界最大的量子实验室,它有什么用处与前景?

而科学家在实验室中发现了很多量子效应:比如爱因斯坦在1905年发现了光的“波粒二象性”,并提出“光量子”的名称;1935年,爱因斯坦、波多尔斯基及罗森塔尔等人提出了“量子纠缠”说。量子纠缠是几个量子相互作用后就整体化,每个量子不可再单独描述,如其中一个发生变化,其它量子即刻变化。这样的超距速度应用到量子通讯,让很多不能完成的事都能实现:如量子密钥分发让通信有了安全保障;隐形传态能进行远遥距离的发送信息;密集编码让信息传递量减低一倍,加快了传递效率…

可以说量子的前景远大广阔,我国的量子通讯已遥遥领先世界,在建的最大量子实验室将长期引领世界量子通讯科技。

在未来的100年里,研究更安全的量子通讯、超快的量子计算,正引领着第二次量子革命的到来!

——合肥高新区某工作人员。

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