耿婷婷

作為科技領(lǐng)域最先進的保密手段，量子通信在水下科研儀器的數(shù)據(jù)安全傳輸上將大有可為。

繼人工智能、區(qū)塊鏈之后，近日，“量子科技”這個原本稍顯“冷門”的科學名詞刷屏了，成為備受矚目的前沿科技領(lǐng)域。目前，許多人對它的了解可能還只是限于想象層面。其實，早在10多年前青島就有學者開啟了該領(lǐng)域的研究。

2004年，師從中國科學院院士、量子信息學家郭光燦的顧永建，從中國科學技術(shù)大學博士畢業(yè)，來到中國海洋大學，成為青島研究量子科技的“第一人”。

青島量子科技的研究有哪些成果？量子科技將如何投入應用？現(xiàn)任中國海洋大學信息學院教授、副院長的顧永建給出的答案是兩個字：海洋。

在青耕耘16載，顧永建通過引進人才、在國內(nèi)較早為本科生開設量子信息課程、培養(yǎng)研究生等方法，現(xiàn)已形成30多人的研發(fā)團隊，讓青島的量子科技研究往前邁進了一大步。

2018年，圍繞量子科技在海洋領(lǐng)域的應用，中國海洋大學牽頭成立了海洋量子技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，聘任郭光燦院士為專家委員會主任。這個中心的關(guān)注領(lǐng)域與顧永建團隊的研究方向高度契合，均以海洋為特色需求。以海洋量子通信與量子感知、量子計算和量子智能為研究和發(fā)展方向，基于量子信息原理、技術(shù)和成果研發(fā)海洋量子通信和傳感技術(shù)、海洋量子計算和量子智能的量子算法和量子軟件，推動海洋信息感知和傳輸、海洋大數(shù)據(jù)處理和計算的量子化、智能化及高性能實現(xiàn)。

要探討量子科技的意義，顧永建提到的第一個應用方向是量子通信。基于量子力學的特性，量子通信在信息安全和信道容量等方面突破了經(jīng)典技術(shù)的瓶頸。

這是量子科技領(lǐng)域最接近應用的一項技術(shù)。在量子通信領(lǐng)域，近幾年的標志性應用是我國首顆量子衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射成功。顧永建用最通俗的語言給記者“翻譯”道，“墨子號”連接了天、地之間的量子通信，而青島的量子通信研究所關(guān)注的是沒有被覆蓋的領(lǐng)域——水下量子通信?！按笱笏掠泻芏嘀T如傳感器、航行器、潛艇等海洋監(jiān)測設施，它們探測和了解海洋，將收集的數(shù)據(jù)回傳以供研究。這些數(shù)據(jù)需要高度保密?！鳖櫽澜ㄕf，“作為科技領(lǐng)域最先進的保密手段，量子通信在水下科研儀器的數(shù)據(jù)安全傳輸上將大有可為。”

到目前，顧永建團隊對水下量子通信的一些關(guān)鍵技術(shù)研究已取得突破并開始承擔重要研制任務?！跋乱徊?，我們將繼續(xù)發(fā)力水下量子通信技術(shù)的研究，為真正實現(xiàn)量子通信對空、天、地、海的全面網(wǎng)絡覆蓋作出貢獻。”顧永建說。

提到量子科技，不能不提的還有量子計算。1981年，美國物理學家費曼曾說：“自然界并不像經(jīng)典物理學描述的那樣。要想模擬自然，最好用量子力學?！边@番話提出了借助量子力學打造一種新型計算機的想法，解決經(jīng)典計算機無法解決的問題。這就是量子計算機的萌芽。

“在量子力學里有很多與‘直覺不符的現(xiàn)象，比如一個粒子，可以同時處于兩個位置?！鳖櫽澜ㄕf，“這就給計算提供了新的、效率更高的量子方案，一個量子比特可以同時處于0和1的狀態(tài)，這種并行特性使得量子計算機在處理特定問題上會遠遠超過任何經(jīng)典計算機?！?/p>

量子計算的優(yōu)越性在海洋上同樣“奏效”。海洋廣袤無邊，蘊藏著無數(shù)研究的“可能性”，在海洋領(lǐng)域的研究也是青島科技創(chuàng)新的“王牌”之一。以中國科學院院士、青島海洋科學與技術(shù)試點國家實驗室主任、中國海洋大學副校長吳立新院士擅長的海洋動力學、氣候動力學等研究領(lǐng)域為代表，其背后都需要強大的計算能力支撐。這正是顧永建團隊在海洋研究領(lǐng)域進行量子計算應用的重要意義。

顧永建說，隨著研究的深入，海洋上對于“海浪”“海流”等現(xiàn)象的研究都對大數(shù)據(jù)、超算能力提出了更高需求。通過量子計算，可以大幅提升海洋動力過程的計算速度，為海洋動力學等領(lǐng)域的研究賦能。值得關(guān)注的是，在量子計算領(lǐng)域，顧永建團隊依托海洋科學與技術(shù)試點國家實驗室超算平臺已取得一些重要成果。

去年，他們助力本源量子研制成功具有完全知識產(chǎn)權(quán)的量子虛擬機并部署在國產(chǎn)超級計算機神威太湖之光超算平臺上，可以進行三種運行模式的虛擬量子計算。

此外，對于海洋藥物領(lǐng)域的研究，量子計算也大有可為。顧永建說，利用計算機輔助海洋藥物的研發(fā)，能夠加快新藥研發(fā)的速度，節(jié)省大量的人力和物力。量子計算的強大特性，無疑可以大大提升海洋藥物的研發(fā)過程。下一步，該團隊將在海洋藥物篩選的量子算法研制方面進行布局。

成果來源于人才。十幾年來，顧永建一直致力于量子團隊的建設，為青島的量子科技研究引入高層次人才。畢業(yè)于中國科學技術(shù)大學的肖芽25歲就在國際頂級期刊《科學進展》《物理評論快報》上發(fā)表過成果，在基于參量光糾纏的量子光學實驗領(lǐng)域，她的工作被評審專家譽為“代表了線性量子光學的最先進技術(shù)”。在顧永建的努力下，肖芽被中國海洋大學“青年英才工程”第三層次破格引進，這意味著青島的量子科技研究在量子實驗領(lǐng)域的水平大幅提高。

在顧永建眼里，量子科技是一項前沿科技，又是一項“基礎”科技，可以給各行各業(yè)的研究賦能。他舉例道，在海洋試點國家實驗室的組織下，團隊將邀請中國科學技術(shù)大學和華中科技大學的專家共同探索，把量子傳感技術(shù)用于海洋領(lǐng)域，以實現(xiàn)對海洋溫度、磁場、壓力等參量的高靈敏度測量?！拔蚁Ｍ晕覀儓F隊為紐帶，為青島的量子科技研究引入全國‘智庫，推動量子科技的發(fā)展?！鳖櫽澜ㄕf。

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◎ 來源|青島日報