关于中国科学院硕士学位论文范文 和中国科学院院士潘建伟:量子科学催生现代信息技术方面硕士学位论文范文

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中国科学院院士潘建伟:量子科学催生现代信息技术

?量子保密通信可以提供一种在原理上无条件安全的通信方式,所以它能够让网络和信息传输更安全.

?量子计算机有比较好的性能,它可以用在大数据和人工智能等方面.

?某种意义上讲,量子科学可以算信息时代的“”.

上世纪初,随着量子力学的建立,催生出以信息技术为代表的第三次产业变革,X 射线、能源科学、信息科学、生命科学、材料科学都跟量子科学紧密相关.从某种意义上,我们可以说,正是量子科学催生了现代信息技术发展.

随着技术发展,目前遇到两个问题.第一,信息安全.为了实现信息安全,人们用尽了各种方法,但历史经验告诉我们,依赖于计算复杂度的经典加密算法,随着人们计算能力的提高,它都会被.

第二,计算能力问题.随着大数据和人工智能的发展,人们对计算能力的需求日益增大.大数据要把里面的有效信息提取出来需要做大量的计算.发展计算能力,传统的手段就是把计算机集成度提高,并发展更好的软件.但是,目前摩尔定律已经面临着终结.尽管摩尔定律告诉我们,单位面积集成电路上可容纳的半导体晶体管数目每18 个月就会增加1 倍,但是不到10年,这个规律就会停止,会达到原子的尺寸,到原子的尺寸后,数据就不能被很好地定义什么是0、什么是1.

量子科技的发展催生了信息技术,它经过近100年的发展,也为解决上述问题做好了初步的准备.

量子保密通信可以提供一种在原理上无条件安全的通信方式,所以它能够让网络和信息传输更安全;利用量子计算我们可以得到一种超快的计算能力,实现更快的计算速度.利用单位量子,我们可以在原理上实现一种无条件分发,利用没有窃听的密钥进行安全通信.量子计算机有比较好的性能,它可以用在大数据和人工智能方面,比如求解1024变量构成方程组的话,用目前最快的超级计算机大概需要100 年左右的时间,但是利用万亿次量子计算机只需要0.01 秒便完成了.某种意义上讲,量子科学可以算信息时代的“”,所以它的发展非常重要.

我们国家很早就布局了量子科学研究计划.所以,在国际上,我们在量子通信方面走得比较靠前,2012 年量子通信系统已经在北京投入使用.但量子通信存在一个问题,虽然其信号是安全的,但是不能被放大,远距离通信是个瓶颈,所以实现100 公里或者几百公里通信非常难.为了解决这个问题,我们开展了基于自用空间的量子通信技术研究.从2003 年开始,经过十多年的努力,我们于2016 年发射了世界首颗量子科学实验卫星,并开展了相关工作.去年已经取得了比较好的成果,比如点对点的量子密钥分发,去年我们完成的结果是每秒发送1000个密钥,之后是10万个,最近已经达到了50 万个,也就是说在下一代量子通信卫星中我们很快可以实现每秒1兆点对点密钥分发量.我们与奥地利同事合作,于2017 年9月实现了北京、乌鲁木齐、维也纳之间视频加密的量子通信.目前,我们正在与德国、意大利、加拿大、俄罗斯、美国、新加坡同事合作,希望能在全球范围内开展探索构建洲际量子通信的可行性.

在量子计算方面,我们国家也取得了比较好的成果.2012 年,我们让量子计算的容错率由原来的10-5提高到10-2,很好地推动了量子计算的发展.去年,我们在国际上首次实现了光量子计算的原型机,它超越了早期的经典计算机.估计到今年年底,我们利用光量子计算和超导计算的计算能力,在某些特定计算功能上将达到目前最快的商用CPU 处理速度.从这个角度讲,它可能在不久的将来能够比较好地用于优化网络、优化治疗、理解图像.我们希望通过10 到15 年的努力,一方面,能够构建全球化量子网络;另一方面,在量子计算方面,希望能够实现数百个量子比特相关操纵,这样对某些问题的求解大概就能达到目前全球计算能力总和的100万倍.

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