
在这里给大家推荐人民日报出版社出版的领导干部公开课书籍:《量子科技》。
为什么推荐这本书?首先,它是一本较好的科普书籍,适合面向广大受众,主体分三部分,第一章带我们认识什么是量子科技,第二章带我们看量子科技的应用,第三章带我们研判未来的趋势发展。其次,它选取了多位权威专家学者的重要文章,从不同的角度进行深入分析和学术探讨,比如郭光灿、潘建伟等中国科学院院士关于量子科技的研究,朱晓波、施郁等中国科技大学、复旦大学教授专家对量子物理的剖析,杨东、车宁等区块链和法学专家谈论量子技术对金融的挑战问题,因此它是一本学术界和务实届的百花齐放、百家争鸣的知识汇集,值得一看。
接下来,我简单跟大家分享一下这本书的一些有意思、有价值的观点,启发共鸣,引发思考和关注。
一、好奇心和决定论
目前的科学理论是,我们的世界不是决定论的。牛顿力学指出,粒子的运动状态是可以精确预言的,比如卫星发射之后,可以计算卫星什么时候会经过我们的头顶,也就是说,一切发生的事情都是之前就决定的,进一步延伸出来就是决定论。但我们内心深处其实是不相信决定论的,所以霍金讲过一句话:“即使是相信一切都是上天注定的人,在过马路的时候也会左右看一看,以免被车撞到。”这个有趣的事实告诉我们,要有生命不息、想象不止、追求无涯的好奇心和信念,要有敢于挑战权威的魄力和勇气。要相信量子世界一定还存在许多未知的奇妙现象,而这些奇妙的现象可能远远超出我们的想象。但是,只要我们敢于想象、乐于好奇、善于挖掘,也许在若干年后就会造福社会,激发技术和产业变革。
二、量子为何重要
有些人认为,量子科技离我们普通人很遥远,其实不然,量子是我们的老朋友。量子力学是人类探究微观世界的重大成果,它是当代文明的一个重要基础,是量子科技发展的重要基石。量子力学解释了化学,元素周期表、化学反应、分子的稳定性,都是量子力学规律所导致。量子力学帮助我们理解宇宙,很多天文现象,例如恒星发光、太阳中微子的震荡、宇宙结构的起源等,都是因为量子力学规律。量子力学还带来了丰富的技术和应用,深刻地改变着人类的文明和历史,它让我们拥有了来自原子核能量这一新能源,也让我们更有效利用太阳能。很多材料性质,比如导体、绝缘体、磁体、超导等都源于电子的量子行为。激光、半导体晶体管、芯片的原理都源于量子力学。量子力学也使得磁盘和光盘的信息存储、发光二极管、卫星定位导航等新技术成为可能。没有量子力学,互联网和智能手机也不会存在。20世纪90年代,诺贝尔奖得主莱德曼就指出,量子力学贡献了当时美国国内生产总值的三分之一。现在的比例还要高得多,已经很难找到与量子无关的新技术。
三、量子通信的故事
目前,量子科技主要研究和应用方向是量子通信和量子计算,量子计算暂时还处于理论研究和原型机研制阶段,距离商用和产业化还有距离,那么我们就来说一说量子通信。为什么都说量子通信是原理上无条件安全的通信方式?
它有两种应用,一是密钥分发,二是隐形传态。书中采用非常形象生动的方式讲述了量子通信的安全原理。
关于密钥分发,张三去帮我送密钥,我送的是单光子,本来出发的时候是有干涉的,如果中途张三窃听了,就会变成无干涉状态,因此窃听就必然会被发现,通信双方就可以丢弃存在窃听风险的密钥,以确保密钥的安全分发。
再说隐形传态,利用量子纠缠可以把一个粒子的初始状态从1这个地方传送到3那个地方,但是又不需要这个粒子本身传递过去,有点像孙悟空的筋斗云。举个例子,上海和杭州分别有一团纠缠物质,而我这时候接到紧急通知要从上海去杭州与重要人物面谈,开车过去时间上来不及了,怎么办?可以对上海的我和在上海的纠缠物质做一个操作,使得我身上每一个原子和纠缠物质里面的原子纠缠起来,进行联合测量之后可以得到一组数据,表明它们处于哪个纠缠态。然后把这个数据通过无线电台发射到杭州,通过对杭州这团纠缠物质做一种可控的操作,就可以用同样多的物质把上海的我在杭州构造出来,但这不是复制,原先在上海的我已经没有任何信息了,被还原成一对原子了,所以在杭州的新的我不是上海的复制品,而是用同样多的物质把我给重新构造出来。量子隐形传态可以实现量子计算的基本单元:量子信息的网络里可以走来走去之后,就可以利用量子叠加来进行量子信息的处理,这就是量子计算,在这里先不作延伸了。
量子科技发展具有重大科学意义和战略价值,是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新,将引领新一轮科技革命和产业变革方向。我们广州每一位领导干部都应充分认识推动量子科技和产业发展的重要性和紧迫性,按职能加强战略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋。《量子科技》这本书推荐给大家。
作者:吴雨(市发展改革委创新发展处)
广州日报.新花城编辑 吴波