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量子|潘建伟：经过十到十五年努力，发展天地一体广域量子通讯网络( 二 )


随着量子力学和相对论的建立 ， 又发生了一次新的科学革命 ， 这是人类历史上的第二次科学革命 。 在第二次科学革命当中 ， 我们基本上把量子力学在过去100年中的应用归属成第一次量子革命 。 在第一次量子革命中 ， 大家产生了非常多有用的东西 。 从某种意义上讲 ， 我们第三次产业变革或第三次工业革命是建立在信息技术的基础之上的 。 信息技术的硬件的基础就是量子力学 。 没有半导体晶体管的发明 ， 就不会今天的计算机、手机 ， 没有万维网的发明就不会有我们现在的万物互联、互联网的概念 。
所以从计算、网络和感知方面 ， 其实都是量子力学所带来的这么一个巨大变革 。 所以从某种意义上讲 ， 信息交互已经并将一直伴随着我们人类的进化和社会的发展 。 在我们这过程当中有两个东西是非常重要的 ， 第一个是信息交互的效率 ， 第二个是我们的隐私的保护 。 这是刚才已经讲到了的 。
那么怎么来做到这两点呢？我们可以通过计算能力的提高和网络效率的提高来加强信息交互的效率 。 通过信息安全和网络安全 ， 来加强对我们个人的和各类各样的隐私的保护 。 实际上 ， 为了实现信息的安全 ， 大家就设计各种各样的非常复杂的加密系统来保证信息的安全传输 。 有矛必有盾 ， 在二战当中德军一个非常高级的密码 ， 那个密码被图灵给破解了 。 现在我们广泛使用的一个公钥体系 ， RSA 512位在1999年就被破解了 ， 768位在2009年被破解了 。 现在我们银行里面用的U盾 ， 大概经常用的是1024位 。 大家现在已经建议 ， 随着计算能力的发展 ， 最好不要去使用它（RSA 1024）了 。 所以人类历史告诉我们的经验 ， 就是依赖于计算复杂度的经典加密算法 ， 随着我们计算能力的增加 ， 原理上都会被破解 。
这么一来 ， 我们的信息技术就面临着一个信息安全的问题 ， 就是怎样才能够很好的达到我们信息的安全传输？早在一百多年之前 ， 有一位作家 ， 他就写过一段话 ， 他说人们早就怀疑“以人类的才智无法构造人类自身不可破解的密码 。 ”那么到底可不可以呢？这是我们后面要回答的一个问题 。
除此之外 ， 随着社会的发展 ， 我们信息交互的效率提高 ， 我们计算能力的需求 ， 也在快速的增长 。 第一台计算机是在1943年造出来的 ， 当时的重量是一吨 ， 它的功耗是8.5千瓦左右 ， 每秒钟可以算5000次 。 在当时看来已经是非常的快了 ， 所以当时IBM的总裁Thomas Watson曾经预言全世界估计只需要5台这样的计算机就可以了 。
但是经过了将近70年的发展 ， 到了2010年的时候 ， 其实一部智能手机的计算能力的总和已经超过了整个阿波罗登月计划的计算能力的总和 。 所以从这种角度上讲 ， 我们对计算能力的需求是在快速地增长 。
目前我们所面临着的计算能力的瓶颈 ， 就是我们拥有的计算能力是非常有限的 ， 如果我们把全球的所有的计算机的计算力加在一起 ， 一年里面 ， 都没办法完成对2的90次方个数据的穷举搜索 ， 但是这个传统的发展模式目前已经受到了严重的制约 。 摩尔定律正在逐渐地逼近极限 ， 那么大概会在不到十年左右的时间 ， 我们晶体管的尺寸大概就会达到原子尺寸——亚纳米水平 。 这个时候 ， 晶体管的电路原理将不再适用 。 那么怎么来解决这些问题呢？
量子力学 ， 可以说是他生的第一个小孩就是现代信息技术 。 但他自己在百余年的发展过程当中 ， 又已经准备好产生第二个小孩 ， 为解决前面那种算力不够 ， 信息安全的传输不够这些问题做好了准备 。
这里我需要简要的介绍一下什么叫做量子 。 所谓的量子 ， 它其实就是构成物质的最基本单元 ， 它是能量的最基本携带者 ， 它的基本特征就是不可分割 。 比如说我手中有一个激光笔 ， 这个激光笔打出来的光的能量 ， 如果你可以用一个放大镜来看一下的话 ， 其实发出来的光本身是由很多个小颗粒构成的 ， 那么这样的小颗粒我们把它叫做光子或者光量子 。 你不可能再拿刀来切一下 ， 变成1/2个光子等等 。 它有基本特征 ， 它就叫作量子叠加 。


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