一個人從太空飛船里走進一個特殊裝置，隨后他突然就降落到了地面上——這一出現(xiàn)于上世紀(jì)60年代美國科幻電影《星際旅行》中的情景，依賴眼下的普通網(wǎng)絡(luò)，也許一萬年都無法實現(xiàn)，但借助于量子網(wǎng)絡(luò)，這一圖景卻在理論上具備了可能。記者從7月4日在清華大學(xué)舉行的“量子信息科學(xué)前沿”暑期研討班開幕式上了解到，由圖靈獎迄今惟一華裔獲得者、清華大學(xué)教授姚期智領(lǐng)銜的重大科學(xué)問題導(dǎo)向項目，預(yù)計將在5年內(nèi)初步建立全世界第一個“全量子網(wǎng)絡(luò)”雛形。據(jù)了解，此次“量子信息科學(xué)前沿”暑期研討班集聚了150多名來自瑞典、美國、日本、中國的物理學(xué)與計算機科學(xué)領(lǐng)域的青年學(xué)者。研討班為期一周，由清華大學(xué)交叉信息研究院主辦。
全量子網(wǎng)絡(luò)，指由量子傳輸通道和量子結(jié)點組成的復(fù)雜信息網(wǎng)絡(luò)。每個量子結(jié)點有一定的信息存儲和處理功能，單個量子結(jié)點構(gòu)成一個小型的量子計算機，而量子通道則連接不同小型量子計算機。不同于現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)，全量子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了量子物理特性，可突破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)物理極限，具有更強信息傳輸和處理能力。迄今為止，世界上還沒有真正意義上的全量子網(wǎng)絡(luò)，而預(yù)計5年內(nèi)建成的全量子網(wǎng)絡(luò)雛形光纖通信距離將達到150公里，存儲速度在1至2秒之間。
“有人問我，在量子網(wǎng)絡(luò)中是否可以把人從一個點傳遞到另一個點，比如從家里去上班，是否都不用乘坐交通工具了？從科學(xué)的原則上來說，這確實可以做到——只要宇宙與地球更大一些、實驗室更大一些，而整個人的構(gòu)造變成非常微小的系統(tǒng)。”據(jù)姚期智教授介紹，目前在實驗室中能做到的是一兩個比分子更微小的系統(tǒng)的傳遞，雖然傳遞活生生的人這么一個大系統(tǒng)在技術(shù)上非常困難，但任何探索如果在科學(xué)原則上得到理論肯定，并進入相對工程化的階段，科技的進展速度將比普通人的想象迅猛得多。
“無論是量子信息還是一般量子前沿研究，目前均為世界各國精英所關(guān)注。”據(jù)姚期智教授介紹，一如50年前微電子工業(yè)開始階段，雖然科學(xué)家無法看到具體產(chǎn)品，但誰都明白微電子的發(fā)展與前景將對人類科技與產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響一樣，量子科技在未來科研與經(jīng)濟應(yīng)用領(lǐng)域的革命性影響，已成為共識。
在姚期智教授看來，量子科技是一門非常前沿的學(xué)問，中國在這方面與世界最先進的研究尚有距離。如何后來居上，關(guān)鍵在于找到切入點，這個切入點必須適合兩個條件：既是全球聚焦的方向，又能在這個方向上集聚起全球最有能力的專家組成團隊，在起跑線上與其他國家競爭。“量子信息、量子網(wǎng)絡(luò)與量子計算機，就是一個切入點。”
量子信息科學(xué)在過去10年間取得了巨大發(fā)展，它聯(lián)系多個科學(xué)領(lǐng)域，其中包括物理、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)和信息技術(shù)。這些不同領(lǐng)域間富有成效的交叉互動，也帶來了許多激動人心的革命性進展。在過去10多年內(nèi)，計算機領(lǐng)域的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在原則上如果用最新方法量子物理來做一個新型量子計算機，或可解決目前不能解決的問題。
眼下，全世界都希望做出量子計算機來，而建造量子網(wǎng)絡(luò)的目的之一，就是通過量子網(wǎng)絡(luò)達到構(gòu)造量子計算機的目的。姚期智教授指出，建立量子網(wǎng)絡(luò)，并構(gòu)造量子計算機，關(guān)鍵在于規(guī)模化，在于系統(tǒng)做大。
“研究量子網(wǎng)絡(luò)，做出量子計算機，并非為了淘汰電子計算機。量子計算機的主要目的，是為了應(yīng)對普通計算機不能做到的情況。”姚期智教授分析，有了量子計算機，將使計算的概念煥然一新，并可解決包括高溫超導(dǎo)體的理論問題等目前不能解決的問題。“有了量子計算機后，能幫助我們知道這些理論是否正確，這是現(xiàn)有計算機永遠不可能做的。”
已有理論研究表明，鑒于全量子網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，人們對其認(rèn)知尚屬初步，而由于量子信息不可克隆，具有特殊性與脆弱性，全量子網(wǎng)絡(luò)的物理實現(xiàn)對科學(xué)家操控量子態(tài)的能力，提出了極大挑戰(zhàn)。據(jù)悉，全量子網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和量子結(jié)點的物理實現(xiàn)、物理平臺構(gòu)建與關(guān)鍵物理器件實現(xiàn)等，是此次重大科學(xué)問題導(dǎo)向項目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。