图灵奖惟一华裔获得者姚期智领衔的973项目启动

5年内建成“全量子网络”雏形

来源:文汇报 2011-01-16

  今天下午在清华大学举行的交叉信息研究院成立大会上了解到,由图灵奖迄今惟一华裔获得者、清华大学教授姚期智担任首席科学家的“全量子网络”973重大科学问题导向项目,已于日前启动。该项目将在5年内创建新型的全量子网络雏形,完成世界上第一个全量子网络——分为全量子网络基础及量子结点研究、全量子网络物理平台及量子算法演示、面向全量子网络的量子光源以及面向全量子网络的量子探测4个子课题。大会后,姚期智教授接受了本报记者专访,详尽介绍了量子互联网的基本构想。

  全量子网络,指由量子传输通道和量子结点组成的复杂信息网络,能在结点之间传输任意量子态以及量子纠缠。每个量子结点有一定的信息存储和处理功能,单个量子结点构成一个小型的量子计算机,而量子通道则连接不同小型量子计算机。不同于现有互联网,全量子网络应用了量子物理特性,可突破现有网络物理极限,具有更强信息传输和处理能力。

  姚期智教授告诉本报记者,众所周知,现在的计算机有一个“摩尔定律”,即每18个月计算的速度与存储将增加一倍,这个定律在过去20至30年确实成立。然而,目前计算机的晶体,已发展到了非常小的地步,与原子、分子的规模已相差不远。所以,计算机晶体的制造和运作,在不远的未来就会到达量子物理领域。

  “为使信息处理不断进步,古典与传统的方法已无法应对变化,必须将量子物理作为一个考虑工具,对计算机物件的量子性质作重新审视。”姚期智说,过去20多年中一个最新奇的理念就是,是否可将“量子限制”这样一个困扰人的讨厌情况,作为可增加计算效率的有利因素?“事实上,我们对量子物理已有很深了解。在量子物理情况下,我们可作一些信息处理,而其逻辑方式与古典传统的逻辑方式完全不同。”

  在过去10多年内,计算机领域的科学家们发现,在原则上如果用最新的方法——量子物理来做一个新型量子计算机,或可解决一些目前不能解决的问题。“比如,一个非常重要的问题——分解一个大的整数。要知道,现在世界上最安全的密码,就是根据分解大的整数来制定的。一旦有了量子计算机后,这些密码的安全性就完全消失了。”姚期智表示,正因如此,世界各国纷纷拨出大量研究经费从事量子计算机研究。

  “在量子情况下,不但可做量子计算机,同时我们想到,是否可做一个量子互联网呢?”姚期智分析,从传统视角来看,计算机和网络是通信上的两个大的重要物件。在传统互联网中,人们想把一些信息(0和1)从一点传递到另一点,怎样传得最快、最有效,是传统互联网领域研究的题材。而到了量子互联网结构下,所要传递的不再是一个简单的0和1,而是如何能够将一个量子态从一点传递至另一点。“在微观世界中,量子态是一个最基本的形式,如何将其传递并构成一个网络,使人们交换量子信息,这是量子互联网的基本构想。”

  据介绍,目前已有理论研究工作表明,全量子网络在信息安全、分布式量子计算和新材料量子仿真等领域有重要的学术研究意义与应用价值。但由于全量子网络的复杂性,目前人们对其认知尚属于初步,而且由于量子信息不可克隆,具有特殊性与脆弱性,全量子网络的物理实现对科学家操控量子态的能力,提出了极大挑战。

  “全量子网络基础和量子结点的物理实现、物理平台构建与关键物理器件实现,将是此次启动的项目拟解决的关键科学问题。”据了解,此次启动创建的全量子网络雏形有4至10个节点,网络范围10公里。完成后,彼此间能可靠传递量子信息,成功演示量子算法和全量子网络应用;将适用于远程量子通讯的量子光源成功集成进全量子网络,发展集成化量子路由器。同时,专家们还将进一步开展全功能量子计算结点、超长相干时间的量子存储器、量子计算结点与量子光通讯通道间的量子界面研究,为下一个5年计划实现全量子存储网络以及未来实现长程全量子网络作前瞻性部署。(王乐)

2011年01月17日 08:38:58  清华新闻网

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