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Usdt第三方支付平台(www.caibao.it):与有荣焉――我和祖国的高光时刻:袁岚峰与墨子号量子卫星|科技袁人

来源:宜春新闻网 发布时间:2021-07-06 浏览次数:

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导读

大多数人可能没有意识到,量子信息是少少数的中国处于领跑职位的大的科技领域之一。

视频链接:

西瓜视频:

https://www.ixigua.com/6978759181251641860

本视频公布于2021年6月28日,旁观量已超百万

精彩出现:

人人好!我是科技袁人袁岚峰,谢谢西瓜视频约请我加入“与有荣焉――我和祖国的高光时刻”流动。建党百年,祖国有许多高光时刻。对我影响最大的之一,是2016年8月16日的“墨子号”量子科学实验卫星发射。

“墨子号”量子卫星发射

这件事对我的影响,是民众对量子科学发生了强烈的关注,许多媒体来找我采访,极大地促进了我的科学流传事情。经常看我的节目的观众会发现,我讲的领域稀奇广漠,既包罗中国科技在天下上的职位这种宏观问题,也包罗量子信息、核聚变、引力波、霍金辐射、青蒿素、高温超导、辛普森悖论、超级盘算机、制药、疫苗、蓝眼睛岛问题、人工智能、地外行星、黎曼意料、氢弹、黑洞、登月、宇宙学、孪生质数意料、统计学、对撞机、火箭、航空发念头、石油、芯片、核战略、碳基半导体、亚铁氰化钾、北斗、火星探测、宇宙速率、FAST、石墨烯、网络平安、嫦娥五号、冷冻电镜、日本核污水排放、空间站、宇称不守恒等详细领域的科学知识。甚至在新冠疫情来临的时刻,我都在这个我不熟悉的领域做了不少应急科普。但若是要问哪个领域我讲得最多,那回覆就是量子信息,由于这是绝无仅有的一个我对它有深入领会、民众也对它有粘稠兴趣、而且有改变天下潜力的真正的未来科技。

大多数人可能没有意识到,量子信息是少少数的中国处于领跑职位的大的科技领域之一。若是看我国的科技新闻,固然可以看到大量的功效。但仔细研究一下就会发现,其中大部门都是追赶,都是别人已经做到了某件事,现在我们也做到了。用一个常见的说法,就是“me too”型的研究,我也行。这固然是有意义的,但光靠这种追赶型的功效永远不能能成为领先者。

我国只有少数的研究功效是领跑,即率先做到某件事。然而其中大部门又是通过加限制词做到的,如条件A、B、C、D下第一个做到某件事。若是A、B、C、D还不够,那再加个E。只要你的领域足够细分,那么你总能找到逾越前人的地方,由于谁都不能能穷尽所有情形。爱因斯坦有一句名言:“我不能容忍这样的科学家,他拿出一块木板来,寻找最薄的地方,然后在那里钻许多洞。”但着实大多数科学事情者正是这么做的,人艰不拆啊!

爱因斯坦吐舌头

然而量子信息却不是这样,中国在这个领域的领跑都是在主干道上,是所有人都想做的,不是加一堆限制词。例如墨子号是全天下第一颗实现星地之间量子保密通讯的卫星,而且到现在为止仍然是唯一的一颗。有人以为是其余国家不想做,但着实完全不是这样,想做的国家多的是。

例如2017年,日本信息通讯研究机构(National Institute of Information and Communication Technology,简称NICT)发射了一颗名叫“苏格拉底”(SOCRATES)的超小型卫星,号称实现了量子通讯(日本真的乐成举行超小型卫星量子通讯实验了吗?| 袁岚峰)。日本媒体为此欢呼,宣称原本需要大型卫星的量子通讯现在可以用更低成本的小型卫星来实现。

日本的微型通讯卫星“苏格拉底”,来自研制单元NICT的主页

但我看了他们的论文(https://www.nature.com/articles/nphoton.2017.107)以及跟我国的量子信息研究者讨论后发现,日本这颗卫星并没有实现量子通讯。

NICT的论文《用一颗50公斤级其余微型卫星实现星地之间量子极限的通讯》

这里的要害在于,量子保密通讯必须要一次只发一个光子,但日本的苏格拉底卫星由于跟地面的瞄准做得不够好,一次要发一亿个光子才气让地面收到信号。这就完全不能保密了。以是日本这颗卫星只能说是试验了一些与量子保密通讯有关的手艺,离实现量子保密通讯还差十万八千里。定量地说,还差一亿倍。

“使用了比量子密钥分发所需的更亮的激光脉冲”,这话现实的意思就是没有实现量子保密通讯,由于量子密钥分发就是量子保密通讯的专业名称

而中国的墨子号就是实打实地实现了量子保密通讯,由于它跟地面的瞄准做得异常好,一次只发一个光子就能让地面收到。例如看这张照片,墨子号与河北兴隆的地面站瞄准。其中绿光是兴隆站发出的信标光,红光是墨子号发出的信标光。请注重,信标光不是用来通讯的,而是用来瞄准。由于通讯用的是单光子,单光子是不能能让你望见的,若是望见了就意味着这个光子进入了你的眼睛,那就不能能被地面站吸收到了。这里的红光排成一个扇形,是由于这张照片是多个时间的叠加,同时星星的移动也形成星轨,发生了优美的艺术效果。

星轨靠山下墨子号量子卫星与兴隆站用信标光瞄准

卫星相对地面不是静止的,而是在以几公里每秒的速率飞驰而过。以是这样的瞄准是异常难题的,好比“在五十公里外把一枚一角硬币扔进一列全速行驶的高铁上的一个矿泉水瓶里”。而中国做到了!请人人仔细想想,这是何等惊人的手艺!

除了日本以外,德国、英国也在计划发射量子通讯卫星,但都还没有乐成(英国设计发射多颗量子通讯卫星 | 量子科技 国际新闻・政策)。从2016年到现在已经5年了,以是我们领先他们至少5年。

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若是单说中国做到了某某事情,许多人可能还意识不到这件事有多主要。但一旦你知道许多其他国家也在向这个偏向起劲,你就会明晰它的主要水平了。以是许多时刻,一个科技的先进水平,是在跟其他国家的对比中显示出来的。

固然,大多数人可能都是只听说过“量子”这个词,而对它的原理完全不懂。例如对于墨子号卫星,许多人不清晰它是干什么的。我以前做过许多期节目,以是在这里只简朴地回覆一下:墨子号实现了星地之间的量子保密通讯,它是一种“无条件平安”的保密传输方式。无条件平安的意思,就是它不会被任何的数学方式破解。量子保密通讯为什么能做到无条件平安,请参见我以前的节目(量子加密惊现破绽?请媒体提高知识水平,不要乱搞大新闻 | 袁岚峰)。

量子密钥分发

此外,墨子号卫星还实现了其他的科学义务,如星地之间的“量子隐形传态”、相距上千公里的两个地面站之间的“量子纠缠分发”,以及磨练了一种量子力学与广义相对论融合的理论等等。

星地量子隐形传态实验示意图

下面,我再简略地先容一下量子信息这个学科的基本脉络。

量子信息的三个分支

首先,有一个基础物理学理论叫做量子力学,它跟相对论并列为当今物理学的两大支柱。近四十年来,量子力学跟信息科学连系起来,发生了一个新的交织学科“量子信息”。新闻中报道的量子科技,绝大多数时刻指的就是量子信息。这是一个蓬勃生长的研究领域,是学术界的主流而不是偏门,全天下有大量的科研职员投身于此。普遍以为,量子信息跟可控核聚变、人工智能并列,属于推翻性的未来科技。

我们平时用的信息手艺包罗手机,这是用来通讯的;以及盘算机,这是用来盘算的。尚有钟表、尺子、温度计等等也可以算作信息手艺,它们是用来丈量的。响应的,量子信息也分为三个领域:量子通讯、量子盘算与量子周详丈量。它们的目的,都是行使量子力学的特征,逾越传统的信息手艺。

例如GPS和北斗等卫星导航系统的焦点手艺,叫做原子钟。它是现在最正确的准时装置,基于一个原子在两个能级之间跃迁发出的光的频率来准时(从宇宙降生到现在,误差不跨越1秒,冷原子钟是什么神器?| 科技袁人)。通过确准时间,再乘以光速,就可以确定距离。原子钟就是典型的量子周详丈量手艺。

卫星导航系统

又如最近潘建伟院士、窦贤康院士和徐飞虎教授的团队生长的“隔墙观物”手艺(隔墙观物的黑科技,是怎样炼成的?| 袁岚峰)。以前通过镜子的反射,我们可以看到视线之外的物体。

李小龙影戏《龙争虎斗》

但现在基于单光子探测的提高,我们可以通过墙壁的漫反射看到物体,而且探测距离长达1.43公里。也就是说,若是有个恐怖分子躲在1.43公里外的房间里,警员就能发现他。而且他完全意识不到,由于用的是红外光。

非视域成像原理示意图

量子信息不只可以提高性能,还可以做到以前不能能的事。例如科幻影戏中的传送术,以前是完全的理想,而现在对应一个真实的手艺。它叫做“量子隐形传态”,属于量子通讯领域。

《星际迷航》中的传送术

中国在量子隐形传态方面,也走在天下前线(让中央团体学习的量子科技事实是啥?这个科普我已经做了五年(六)传送术与量子隐形传态 | 袁岚峰)。

2015年,我国在天下上首次实现多自由器量子隐形传态

总结一下。在量子通讯方面,中国明确是天下领先的,墨子号卫星发射就是中国到达领先的最显著的标志。在量子盘算方面,中国以前落在西欧后面。但2020年12月刷屏的“九章”(量子盘算机有多神?它能解决哪些历史无解的难题?| 袁岚峰),是人类现在在量子盘算机领域取得的最大的功效。这标志着中国现在和美国在量子盘算方面并驾齐驱,配合组成第一方阵。

2020年12月5日,作者和苑震生教授在九章中向观众先容九章

一个有趣的花絮是,2021年1月21日,法国总统马克龙宣布启动“法国量子手艺国家战略”,设计五年内在量子领域投资18亿欧元(http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2021-01/25/content_461752.htm)。这将使法国在资金投入方面逾越英国和德国,仅次于中国和美国,位列天下第三。

若是去看法国《天下报》的原始报道(https://www.lemonde.fr/politique/article/2021/01/21/emmanuel-macron-presente-un-plan-quantique-de-1-8-milliard-d-euros-sur-cinq-ans_6067037_823448.html)或者它的英文翻译,会看到更有意思的提法。马克龙说,法国要进入量子科技的天下三强(the world’s top three)。前两强是谁?固然是中美。

法国《天下报》的报道《马克龙希望让法国进入量子科技的天下三强》

马克龙还说,我们要保持我们的人才和某些手艺不依赖于两个和我们竞争的国际强国,即中美(We need to keep our talents, and also keep certain technologies so as not to depend in particular on the two great international powers [China and the USA] which compete with us)。这话是不是听着耳熟?只不外位置换了?

马克龙说,我们要保持我们的人才和某些手艺不依赖于两个和我们竞争的国际强国

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