网络成瘾症

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TUhjnbcbe - 2023/7/5 21:13:00

今年,中国科学界有两件大事发生:

7月21日,张首晟及其团队在美国科学杂志上发表了一项重大发现:在整个物理学界历经80年的探索之后,他们终于发现了费米子(年,物理学家PaulDirac预测:宇宙中的每个基本粒子都有一个与其对应的反粒子——电荷相反的“双胞胎”。当粒子与反粒子相遇时,它们会湮灭,同时释放出一股能量。几年后,第一个反物质——电子的反粒子被发现,反物质迅速成为流行文化的一部分。而在年,另一位物理学家EttoreMajorana预测,在一类被称为“费米子”的粒子(包括了质子、中子、电子、中微子和夸克)中,应该有一些粒子,自己就是自己的反粒子。)的存在。张首晟将这一新发现称为“天使粒子”。诺贝尔奖获得者FrankWilczek评价“这真是一项里程碑的工作”。国际同行说该发现“不仅具有重大的理论意义,而且具有重要的潜在应用价值:让量子计算成为现实”。

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6月15日发布的美国《科学》杂志封面上,中国“墨子号”量子卫星从太空向地面发出两道光,宛如两条长腿跨出一大步,从百公里到千公里,象征量子通信向实用迈近一大步。杂志刊发了中国科学技术大学教授、量子卫星项目首席科学家潘建伟等人的论文。

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不明觉厉。

普通人可能很难理解这些东西有什么用,对未来我们的生活有多少影响,打个不恰当的比方,想一想几十年前的计算机和互联网给人类社会带来的巨大变化就知道了。

而量子互联网,就是它们的升级版。

量子互联网是新型互联网,是一种运用量子力学原理搭建起来的互联网,能够使绝对安全的网络通信成为可能。由于对量子体的任何测量行为都是对量子体的一次修改,所以任何窥探量子信息的企图都会留下马脚,可以被量子信息的接收者监测到,因此该网络被称为最安全的互联网。在量子互联网的帮助下,用户将有望在一个绝对安全的通讯网络上发送信息。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室已建起一个小型试验网络并成功运行了两年半的时间。

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洛斯阿拉莫斯国家实验室的一个研究团队披露说,他们已经设法避开了部分限制条件。使用的方法是围绕一个中枢核心创建一套辐射状量子网络。任何信息如果想从网络中的一点传输到另一点,都必须首先经过中枢核心。这不是科学界首次尝试这一方法。传送至中枢核心的信息符合正常的量子安全标准。不过一旦到达中枢核心,信息就会被转变为传统的比特形式,然后再次转变为量子比特,开始通往目的地的后半段旅程。

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量子通信的最基本原理即为量子纠缠,两个粒子无论距离远近,可以瞬间彼此相互影响。因为信息不能以光速行进传播,这看起来似乎违背了狭义相对论的概念,但如果粒子彼此纠缠,二者的量子态就是共享的,此时将它们视为单一实体将没有任何意义(至少在量子力学中是这样)。

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麻省理工学院科学家表示,长距离量子传输是中国创建大规模量子互联网的关键要素,也是重中之重!就像有了快递网络,却没有火车飞机用以运输是万万不可的。通过量子力学构建的量子计算机的性能甚至远超目前最好的超级计算机。

目前量子通信已经初步在城域网上有一些很好的运用,将来慢慢地会做到向广域网推进。今年5月3日,中国科学技术大学潘建伟教授团队宣布研制成功“世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机”。“我们希望通过十年左右的努力,用光纤来构建一个多横多纵的骨干网络。在相关卫星的帮助下,我们能够实现一个天地一体化的、广域的量子通信网络。”潘建伟说,“有了这个网络,就能够给每个有需要的用户提供密钥;有了密钥之后,和相关的加密算法加在一起,也许在十年或者更长一点时间,就可以构建一个有量子通讯保障的互联网。”

潘建伟:希望能再通过五年时间,有至少两颗卫星都可以在白天做实验,解决卫星与卫星间通讯全天时的问题。再通过十年左右的努力,形成“星群”,与地面台站结合,逐步构建起天地一体的量子通信广域传输网络。

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传统计算机只能按照时间顺序一个个地解决问题,而量子计算机却可以同时解决多个问题。在经过几十年发展后,传统计算机性能提升的摩尔定律已渐渐失效。而量子计算机可在一些特定功能上取得上亿倍性能提升。超高速的运行能力,使得量子计算机得以在如人工智能、分子模拟、密码学、金融建模、天气预报、粒子物理学有广阔应用前景。谷歌量子AI实验室科学家此前在《自然》杂志上发表文章指出:量子计算领域即将迎来历史性的里程碑,小型的量子计算机会在5年内逐渐兴起。

量子计算是量子物理的一个重要分支,量子计算机相比普通计算有着巨大的计算和性能优势。这是因为:普通计算机中的2位寄存器在某个时间只能存储4个二进制数中的一个,而量子计算机中的2位量子位(qubit)寄存器可同时存储四个数。

也正是由于每一个量子比特可以表示两个值,也就是说,如果在计算机引入更多的量子比特,计算机的计算能力会呈现指数级提高,这对于面临瓶颈的传统计算机而言,寻找到了全新的发展路径。

借助量子的并行性,可以同时对2N个数进行数学运算,相当于传统计算机重复实时2N次操作。中科院的专家指出,传统的万亿次计算机分解位的大数,需年。而使用万亿次量子计算机,则只需要1秒钟。

量子计算将在大数据、人工智能等领域发挥巨大作用,比如求解一个亿亿亿变量的方程组,亿亿次的“天河二号”需要年。而是用万亿次量子计算机,只需要0.01秒。

量子计算机的出现,将使计算真正成为一种取之不尽的公共资源,从而帮助人类解决诸如破解经典密码、气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探、生命科学等一系列难题。

另外,由中国科学技术大学教授陆朝阳带领的团队在论文中说:“空间尺度上的隐形传态是可以实现的,这有望在未来的分布式量子互联网中发挥关键作用。”。

由于棱镜门、黑客泛滥等,网络安全问题日益受到人们的普遍

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