“天使粒子”与量子计算机

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科创园地(十)

淄博市科技局淄博晚报

随着全球新一轮科技革命的飞速发展,颠覆性技术革新风起云涌,其中最引人瞩目的包括量子计算、人工智能与区块链等。如何客观认识这些前沿技术?本期特刊发2018年1月获中华人民共和国国际科学技术合作奖的美国籍理论物理学家、中国科学院外籍院士张首晟的报告。

“天使粒子”的发现

改变了量子计算机的研发困境

历史上有位伟大的理论物理学家狄拉克,他把爱因斯坦的狭义相对论和量子力学统一起来,在统一的过程中做了一个数学运算,开了一个根号。在开根号的时候,狄拉克把“负解”解释成所有的粒子必然有反粒子。

1928年的时候,物理界并没有发现反粒子,大家都对他提出质疑。过了5年,在宇宙辐射的射线里面,物理学家找到了电子的反粒子,就是正粒子,命名为狄拉克海。此后,基本粒子物理有质子找到了反质子,有中子也找到了反中子,并且得到了应用。比如正电子在医疗领域里面已经有了广泛应用,有一种医疗测试叫PET,利用正电子和负电子可以成像,要测阿尔兹海默症,最好的办法就是做PET。

科学发展最大的驱动力是什么?我认为是对生活的好奇心。牛顿在苹果树底下,苹果掉下来激发了他的灵感,万有引力就发现了。爱因斯坦在坐电梯的时候,感觉到电梯的上下和引力的作用非常相似,由此创造了伟大的广义相对论。

另外,科学的发展应该不迷信权威。狄拉克成为非常有名的理论物理学家后,科学家都非常坚信在世界上有粒子,必然有反粒子。但另外一位物理学家马约拉纳,问世界上会不会有一些粒子并没有反粒子?他发明了马约拉纳方程,这个方程奇妙地描写了有一种粒子没有反粒子,或者它自己就是自己的反粒子。有一天,我们理论小组就和实验小组做了一个紧密的合作,通过实验观察,证明了马约拉纳费米子的存在,取名为“天使粒子”。

“天使粒子”跟信息技术发展

有什么关系?

现在的计算机已经分成两类,经典计算机和量子计算机。有些问题经典计算机很容易解决,比如把两个大的数乘起来,经典计算机可以算得很快。但一个数能不能拆成另外两个数的乘积,比如15可以写成3乘以5,但是给你一个很大的数,经典的计算机需要花很长时间。

如果用量子世界来做计算的话就能够秒算,因为量子世界有它本真的平行性,这是量子计算最基本的概念。但是要真正造出这个量子计算机非常困难。

最近,量子计算机成为全球和美国著名公司特别关注的东西,谷歌、微软、IBM、英特尔都在做投资,但根本上不能解决这个问题。

天使粒子的发现改变了量子计算机研发的困境,这是从量变到质变的过程。通常一个量子比特可以用两个天使粒子来储存。一旦用了两个粒子储存它,它们在遥远的地方,它们相互是有纠缠的。在经典世界里面的噪音,它们相互之间是没有纠缠的,这样的话就没法用噪声来破坏由天使粒子所储存的量子,所以这是一个革命性的改变。

所以,天使粒子是激动人心的发现,会对量子计算机的研制起到突飞猛进的作用。

为营造全社会关注科技发展、熟知科技政策、参与科技创新的浓厚氛围,淄博市科技局、淄博晚报开设“科创园地”栏目,陆续刊发淄博市最新的创新政策、创新成果、热点科普知识等,为广大市民和驻地企业更好的融入创新型城市服务。

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