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量子科技竞赛开始了:如何区分商业炒作、公关和真正的创新?

2019-07-14 11:44:20

图一:中国科技大学教授潘建伟(左三)在林道诺奖创新论坛上与图灵奖得主Martin E. Hellman博士(左二)、瑞士知名的量子安全安全和量子传感公司IDQ首席执行官Gregoire Ribordy博士(左四)参与圆桌讨论,左一为主持人、德国资深记者Jan-Martin Wiarda。

撰文 | 李晓明(发自德国林道)

6月29日下午,在2019德国林道诺奖得主大会之前一天,第12届林道创新论坛举行。全球近50位顶级学者和工业界代表闭门研讨,聚焦当前如火如荼的量子科技竞赛。

他们想要讨论并回答的问题是:第二次量子革命要来了吗?如何寻找真正的创新量子科技?如何鉴别仅仅是商业炒作,或者服务于公共关系目的的承诺?

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第二次量子革命要来了吗?

第一次量子革命通常指的是20世纪初,由爱因斯坦、海森堡、薛定谔、玻尔、冯·诺依曼等科学巨匠提出并搭建量子力学的理论框架,随后应用量子物理基本原理,如波-粒子二象性、不确定性原理和测不准原理等,催生的现代技术的发展,比如激光、晶体管和核磁共振成像。

最近几十年,量子通信技术发展突飞猛进。量子协议,如量子隐形传态、量子密钥分发和纠缠交换等理论的发展提供了全新的通信方式。高度非局域纠缠态的产生与操纵可以用来提高测量的精度,甚至提供了新的计算方式。因此,量子叠加和纠缠的广泛应用导致了新的量子信息科技。

科学界看到了又一次量子革命的火苗:因为新的量子控制技术有潜力催生广泛的技术革命。量子技术可以通过量子密码学保证安全的通信,量子模拟和量子计算有潜力解决现在无法解决的问题,可能导致材料和化学的革命。

在此背景下,量子领域的科研投入猛增,大型科技公司也纷纷投资这一领域,数年间,全球有超过100家公司,致力于最新的量子通信和量子计算实用化。世界各国政府都将量子信息科技这一新兴领域视为战略关键技术高地。

欧洲于2017年发起了量子技术旗舰计划项目,这是一个为期10年投资10亿欧元的大型项目。

中国成为量子通信领域的国际领跑者,2016年发射了墨子号卫星,首次把量子科学实验搬上了太空。如今也计划投入重金筹建量子国家实验室。

美国不甘落后,声称绝不能容忍在量子科技领域落后。2018年底,美国颁布了《国家量子倡议法案》,每年拨款10亿美元(据会议材料介绍)。

林道创新论坛正是基于以上的背景,将讨论题目聚焦于量子科技的发展现状和未来潜力,主办方定向邀请了全球科学界数十位顶级学者和工业界的资深代表,他们将尝试拨开迷雾,寻找真正的创新量子科技。

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量子科技进步知多少?

在这个季节的林道开会,诺奖得主可谓俯拾皆是。在这次创新论坛上,不到50人的受邀代表中,就有11位诺奖得主,2位图灵奖得主。

“有8位物理学诺奖得主, 位化学奖得主,两位图灵奖得主,其中一位是2004年图灵奖得主、有互联网之父之称的Vinton G. Cerf博士,一位是2015年图灵奖得主、公钥密码学先驱、斯坦福大学电气工程名誉教授Martin E. Hellman博士。他们更多的是发问者,提出问题,参与讨论。”应邀参会研讨的中国科技大学近代物理系教授陈宇翱介绍说。

除此之外,还有包括瑞士诺华制药、芬兰诺基亚公司、德国巴斯夫公司、德国科思创公司等著名科技公司高层代表参会。根据笔者拿到的一份会议议程,这次研讨分为量子通信、量子传感和量子计算三个板块。每个板块都由一位资深的科学家和工业界代表分别作主题演讲,之后进入讨论环节。

中国科技大学教授、中科院院士潘建伟应邀作为第一个发言的科学家代表,介绍了量子通信技术发展的历程和主要进展。中国目前在这一领域处于国际领跑地位。

随后,瑞士知名的量子安全安全和量子传感公司IDQ首席执行官Gregoire Ribordy博士介绍了真实世界的量子通信技术。

在量子传感板块,德国斯图加特大学教授、在固态物理学和量子光学领域成功开辟全新领域的J rg Wrachtrup博士,报告题目为“量子传感:精确测量的新范式”。

来自德国博世公司的高管在演讲中强调,量子传感器是更好的传感器,但是面临小型化和降低成本的挑战,以及实现最小的传感器灵敏度。成熟的量子传感器还需要多年的行业研究和开发。

在量子计算板块,苏黎世联邦理工学院教授Andreas Wallraff介绍了基于超导电路的量子计算的进展。他专长于量子信息处理和量子光学研究。

美国科学院院士、马里兰大学量子信息科学教授Christopher Monroe,2015年创业并任IonQ公司首席科学家,他分享了IonQ从研究走向工程应用的进展——基于捕获的原子离子技术制造全堆栈量子计算机。

IBM公司研究院院士、研究员,物联网技术与解决方案总监Heike Riel的演讲题目是走向应用的量子计算。

图二:在林道,科学讨论无处不在。图为潘建伟、陈宇翱在路上偶遇Gregoire Ribordy博士一行,继续创新论坛未竟的讨论。

发言的科学家和工业界代表每个人只有10分钟时间发言,而留给讨论的时间则有 0分钟。据陈宇翱回顾,全程讨论十分热烈,不乏针锋相对。

量子科技发展过程中有没有商业炒作和公关行为?一位诺奖得主不留情面地讲道,科学界的进展和记录挺好,但是有的科技公司声称能操纵上千个量子比特,实际并没有实现纠缠和叠加的商业应用,只是噱头而已。

图灵奖得主、公钥密码学先驱、斯坦福大学电气工程名誉教授Martin E. Hellman博士则认为,公钥体系发展经历几十年时间,并没有出现大的问题,但是新一代年轻人,可能面临一些重要的医疗信息,生命相关数据,需要保存50年以上,将来一旦遭到破解是不堪设想的,因此仍然需要开发量子密钥,现阶段不应该对其求全责备,和现有的密钥体系结合起来,将是比较理想的解决办法。

对此,有产业界的代表表示,很多数据保密要求仍然需要量子密钥,其实用程度应该由有需求的市场用户说了算。

1997年物理学诺奖得主William D. Phillips在发言中强调,量子计算机与经典计算机的差别,远大于经典计算机与算盘的差别,因此面临的挑战更大,毕竟后两者同样适用于图灵机。

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投票:你认为量子革命多久会到来?

“这个论坛很有意思,在开始的时候,由一位资深记者主持论坛,上来就发起投票。结束时再进行一次投票。”陈宇翱介绍说。

图三:主持人德国资深记者Jan-Martin Wiarda在林道创新论坛现场,发起关于量子科技发展的现场投票。

面对近50位资深科学家和工业界代表,主持人抛出了三个关键问题:

第一个问题:你自认为对于量子科技及其现在的研究进展的了解有多少?

投票结果显示:15.6 %的参与者认为非常了解;18.75%的人比较了解;28.1 %的人表示有一些了解;28.1 %表示了解较少;另有9. 8%的人表示完全不了解。

第二个问题:在你看来,量子科技获得突破性进展并影响到人们日常生活的潜力到底有多大?

投票结果显示,22.55%的人认为有巨大的潜力;54.84%的人认为有较大的潜力;19. 5%的人认为有一些潜力;另有 .25%的人认为潜力较小;认为完全没有潜力的人是零;

第三个问题:量子科技发生重大的突破性创新,在多长时间里将能够投入实用?

投票结果显示,8.82%的人认为在五年内;选5-10年的人占44.12%;选10-15年的人有 2. 5%;选15- 0年的人占14.71%;没有人认为这需要花费 0年以上的时间。

论坛一开始的投票表明,有85%的科学界工业界的代表认为,在15年内,人类将迎来第二次量子革命。

到了论坛结束,由于电脑故障,再次投票改为举手。陈宇翱留意到,改变想法的人中,有五六位变得更加乐观了,其中包括几位诺奖得主,而另有两三位则变得更加悲观。

量子技术发展正处于新的时代。著名实验物理学家、奥地利科学院院士、量子光学和量子信息研究所教授Rainer Blatt在论坛发言中提到,物理学家马克斯·泰格马克和约翰·惠勒2001年时就曾讲过,“今天(2001年)估计美国国民生产总值的 0%基于量子力学所能实现的发明,从计算机芯片中的半导体到光盘播放器中的激光器,医院中的磁共振成像等等”,而量子物理最新的工业应用已经十分广泛,包括原子钟(时间和长度测量,导航);基于量子测量的标准(电阻,电流等);激光技术(各种测量,打印机,CD播放器,焊接,切割技术,医疗激光等);半导体技术(晶体管,芯片等);计算机断层扫描(NMR / MRI技术);显微镜(隧道显微镜,原子力显微镜);通信技术;超导技术(磁铁,大电流线);分析技术(光谱学,活化分析);核技术(核能,核化学)…..等等。

他认为,量子技术新的挑战在于开发一种利用量子力学定律的通用量子处理器,有很大发展潜力的领域包括量子计算和量子模拟、量子计量和量子传感器、量子网络(例如量子中继器)等方面。

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