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决战量子之巅-量子技术:从来都不是说说而已

2017-07-21   

中国电源产业网

导语:也许在几年前,量子和物联网这两个名词听起来还一个比一个“忽悠”。这也无怪吃瓜群众们难辨是非,毕竟越是看起来“高深莫测”的事物在发展和落地的过程中越难前行、越容易陷入“罗生门”、也越容易出现变数。在诸多变数中,最难得的是看到两者在各自修行的路上保持着几乎同步的自我提升速度,因而成就了两者半年来惺惺相惜、互相提携的发展之道。今天,我们就来说说量子技术是怎么被物联网“连哄带骗拉跑偏”的…(放心,这篇我们不讲技术。一个字都不讲。)

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也许在几年前,量子和物联网这两个名词听起来还一个比一个“忽悠”。这也无怪吃瓜群众们难辨是非,毕竟越是看起来“高深莫测”的事物在发展和落地的过程中越难前行、越容易陷入“罗生门”、也越容易出现变数。在诸多变数中,最难得的是看到两者在各自修行的路上保持着几乎同步的自我提升速度,因而成就了两者半年来惺惺相惜、互相提携的发展之道。今天,我们就来说说量子技术是怎么被物联网“连哄带骗拉跑偏”的…(放心,这篇我们不讲技术。一个字都不讲。)

纵观半年多以来,一直“漂浮在空中”的量子技术通过不断拉帮结派、探索与实践、试错与纠偏等方式,渴求“南向”的落地和“北向”的上天:前者指的是量子通信技术和量子计算在各行业中的创新式应用,后者即发射各种量子卫星,这些“不拘一格”的量子卫星不仅承担了验证诸多已知未知的量子物理特性之使命,更以其颠覆性的通信和计算特性进入物联网的视野,成为其通信层、平台层的一道闪瞎眼的风景线。

iot101君作为量子技术的NC粉,最大的诚意便是将本年度闪瞎眼的这些风景剪影成辑,并试图探求一下下半年它会给物联网带来哪些更惊艳的馈赠。

量子技术:从来都不是说说而已

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如同物联网被称作“第四次科技革命”是基于物联网基本的三层架构中,每一层都实现了不俗的突破与飞跃(底层传感器技术迅猛发展、中层多种类型的通信技术的激烈角逐、应用层呈井喷式涌现)一样,量子技术近年来被持续看好的原因也在于,量子本身已经历了一次次演进和突破,研究成果不断刷新大众层面的认知极限。

作为非量子技术的科研人员,iot101君很难评判每项技术突破的真正科学价值,或者它们都是推动量子车轮滚滚向前的整体,无法分割和比较高低上下。以下是从中节选几项影响力较大的成果:

  • 今年5月份,中科院潘建伟及其团队宣布,世界首台光量子计算机诞生!团队在去年首次实现十光子纠缠操纵的基础上,利用高品质量子点单光子源构建了世界首台超越早期经典计算机的单光子量子计算机。

  • 同时,该团队还宣布,利用超导量子线路演示了求解线性方程组的量子算法,证明了通过量子计算的并行性加速求解线性方程组的可行性。

  • 今年6月份,我国的量子卫星“墨子号”首次实现千公里量级的量子纠缠。此次实验通过距离总长在1600-2400公里之间的两个星-地下行线路,验证基于卫星的、纠缠光子对在地面相距1203公里的两个接收站间的分发。

  • 本周,哈佛大学研究团队在近日召开的莫斯科国际量子技术大会上宣布,他们已经制造出迄今最强量子系统,创51个量子比特新纪录!能模拟一种化学反应,研究原子间相互作用。此前,谷歌公司在4月份曾强势宣布,将在今年底打造出49个量子比特的量子计算机。(当然,也仅仅是宣布…而已。)

综上来看,以中美为首的量子通信选手互不相让,一路攻坚克难,并一次次刷新量子纠缠规模的上限!尤其在哈佛大学的研究成果中,实现51个量子比特的纠缠,就意味着以50个量子比特为临界点的“量子霸权”时代将不再遥远。根据目前的资料,哈佛成果尚未有明确的展示,因此无法判断其“量子霸权”的威力。

量子通信之于物联网通信层:特殊又平凡

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犹记得在年前,包括英国在内的诸多国家发布了略显激进的量子发展路线图,并提出了量子技术报告《量子技术:时代机会》,其中包括五大量子应用的主力领域,分别是:原子钟、量子成像、量子传感和测量、量子计算和模拟、量子通信。现在来看,量子通信和量子计算起跑在了靠前的位置。

尤其在中国,作为量子通信的绝对支持者,一直都走在产学研结合的实践之路上。

  • 今年5月份,中国科学家成功实现史上首次反事实量子通信。研究人员在不发送任何物理粒子的情况下将一幅黑白位图从一个地点传送到另一个地点,这在通信史上尚属首次。该研究由中国科学技术大学、中科大上海研究所以及清华大学的中国科学家合作设计和实验,用嵌套式的量子芝诺效应成功实现反事实通信。

  • 除了学术支持外,企业的积极参与也是量子通信落地的助推剂。6月份,据阿里首席通信科学家谢崇进透露,阿里除了持续深耕量子通信技术,还会通过阿里云,向全球企业输出量子通信的安全服务。

  • 紧接着,7月份,中国首个商用量子通信专网测试成功。济南党政机关量子通信专网完成测试,保密性、安全性、成码率的测试均达到设计目标,整套网络预计今年8月底正式投入使用。

众所周知,量子通信最令人称道的特性是光速传输和绝对安全(当然,任何绝对都是相对的)。这两项对于解决物联网领域当前痛点而言,堪称量身打造。它可以承载海量数据的极速传输,还可破解物联网信息安全黑洞。量子以其无可破解的加密机制,以量子密钥的形式服务于物联网芯片中,将重要数据的传控通过量子密钥加密,可将物联网端到端安全提升N个段位。未来在工业互联网、智能家居、车联网、区块链等领域有着无穷想象力。

有人称5G是物联网通信层的白马骑士,然后就遭到量子通信的NC粉打脸称,量子计算的时代,瞬间秒5G为渣渣!然而,5G都呼之欲出了,量子通信的进程,以及与进程对应的成本问题……似乎是最大的短板。因此,客观来讲物联网对于量子通信更多的是展望,短期商用确实亚历山大。从这个角度来讲,量子通信虽集万千宠爱于一身,却也有两面性。

年轻的量子计算还急需首秀证明

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量子技术在超越自身的同时,也不断挖掘更广泛的应用可能性,寻求与不同领域的碰撞与结合。然而,从产业发展角度来讲,技术并非越高大上最好,而是以最客观的经济效应和社会效益来衡量。

谷歌、IBM作为量子计算技术的推动者,可谓不遗余力。今年年初,两位相爱相杀接连提出了超级激进的量子目标。梦想还是有的,万一实现了呢?

  • 谷歌计划年底前利用自家量子芯片打造出拥有49个量子位的量子计算机,若计划实现,这将是世界上第一台超越传统计算机的量子计算机,而以49个量子比特为临界的“量子霸权”时代业终将成真。

  • 紧接着,IBM宣布计划在年内推出世界上首个商业通用量子计算平台。这个系统叫做IBM Q,该项目建立在IBM围绕现有云计算服务开发的专有技术Quantum Experience的基础上,共享其相应的量子计算 API,借助开发者的力量共同构建量子计算生态圈。

一个是规模上的野心,一个是生态化和云化的开源思路,量子计算果然是一个殊途同归的目的地。然而这些都还停留在口头上,真枪实战的产业融合并非这个样子。若论正确的打开方式,还要看大众这个“门外汉”放大招:

  • 大众集团公布「量子计算」北京交通计划,旨在全面解决拥堵问题,并且,在计算领域并无专长的大众选择的合作伙伴就是量子计算公司的开山鼻祖D-Wave。利用 D-Wave量子计算云平台模拟出每辆车从市中心到达机场的最佳路线,该项目的目标是在32公里的路程中以最快的速度到达目的地。

这一做法不仅贴合了当下痛点,更与直观的经济、社会效应挂钩。是首次真正的落地,也是量子计算能力的真实体现,也是证明未来潜力的最有效的途径。在数据量渐成数据洪流的当下,量子计算将开启人工智能+物联网全新的市场前景。物联网产业上的你,需要的不也是这样一个计算性能吊炸天的神队友吗?

门派之争:从未停歇也无需停歇

如果世界不是多元化的,那么有了牛顿建立起来的看似颠扑不破的完备的力学体系,则无需量子力学体系来证明前者的荒谬。如果量子力学不是多元的,那就不会上演上个世纪在硝烟弥漫的爱玻相约十年一战的巅(xiu)峰(en)论(a)剑(i)了。

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因此,这门尚处年幼的学科在发展中亦需百家争鸣。目前,实现量子特性的基础,即稳定纠缠态量子对的制备方法有几大主流帮派,其中包括超导回路、囚禁离子、硅量子点、拓扑量子和光量子制备方法。

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其中,主流玩家包括我国中科院及其产学研合作伙伴、谷歌、IBM、微软、Intel选择的路径都不同。同一个梦想,抵达的方式有千万种。对此,iot101君想对你们说一句,干得漂亮!

最后福利《决战量子之巅》,爱玻这对相爱相杀的CP。这些年,常被你们和你们的刷屏。

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