对东阳籍科学家潘建伟院士,金华读者耳熟能详。就在3个月前,他获得2015年度国家科学技术奖自然科学一等奖,成为获得该奖项的最年轻科学家。不过,亲眼见他一面,或者听这位中国最高级别的老师讲一堂课,还真是难得。2016年4月7日下午2时,金华市文化中心礼堂,1100多名机关干部、科技工作者、学生等,齐刷刷地来听老乡潘建伟院士作关于“神话、哲学、互联网与人类未来”的讲座,也当一回科技明星的追星族。

  国家自然科学一等奖为何会颁给这么年轻的科学家?潘建伟向金华人介绍了20年来他和他的团队在量子科学领域的研究成果,在金华掀起一场科技风暴,让人脑洞大开。

  自称“潘老师”

  身兼多职的潘建伟算得上是中国科学家典型的成功样本,但他朴素地自称“潘老师”。他的演讲首先介绍了信息交互的作用,直立人因为发明了符号与基本的语言而变得强大,进化为智人,是人类的祖先。“潘老师”说:“如果我们不太较真的话,可以把它叫做一种互联网的雏形。”

  接着,他讲了神话小说《西游记》。孙悟空有两个神奇的特点,一是会分身术,二是会驾筋斗云,小说里的“千里眼”和“顺风耳”本是神话元素,随着科技的进步一点点都变成了现实。那么,神话故事传递给人们的观念“天上一日、地上一年”是否也能被科学解释呢?答案是肯定的。它的答案就在爱因斯坦的相对论里。

  这位很会讲故事的“潘老师”作了一个比喻:一对双胞胎兄弟,其中一个是宇航员,在宇宙太空中快速旅行,有一天他回来了,他的兄弟已经是老年人,而他自己依然年轻。科幻电影《星际穿越》里那些离奇的情节,在相对论中也是允许存在的,只不过人们目前还无法经历罢了。

  这时候,“潘老师”抛出了处于第三次工业革命的当下需要解决的两个问题:一是信息交互,一是隐私保护,它们在科技上的困难瓶颈就是计算量和信息安全。潘建伟和他的团队要解决的,正是这两大难题。

  不能“看”的量子状态

  潘建伟介绍,信息科技的进一步发展,面临很多重大的问题:随着半导体晶体管的尺寸接近纳米量级,电子的运动规律就不再遵守经典物理学的规律了,而且超级计算机能耗巨大。那么,我们该怎样发展未来的计算机,让它很好地解决人类对计算能力的无限需求,以及保护隐私的需要呢?

  “潘老师”分析了各种困难之后,骄傲地宣布:量子力学在近百年发展过程中已经为解决这些重大问题做好了准备。

  他打了个比方,人是分身无术的,要么在这里,要么在那里,不可能既在这里又在那里。但在量子世界里,只要没有观察者,只要你不“看”量子的状态,微观的客体就可以既在这里,又在那里,同时在好多个地方。

  “潘老师”以在座听讲的市长来举例,假设市长从巴黎到北京,在飞机上因为太累睡着了。假设有两条航线,可以随机选,一条从莫斯科过来,一条从新加坡过来,一冷一热。到北京后,问市长从哪条线路飞来的?他不清楚,只记得浑身冷热交加。“我让他以后坐飞机时别睡觉,睁大眼睛。假设他很老实地又坐了一万次飞机,结果发现,有5000次浑身寒冷,有5000次非常温暖。但如果他睡着又飞个一万次,醒来的时候却总是在打摆子,就是冷热交加。”

  这样的现象,在量子力学里,潘建伟是这样解释的:第一,在某些特殊情况下,如果说你没在看这个客体到底是处于哪个位置的时候,在某些特定情况下它可以同时处在两个位置。第二,量子客体的状态,你只要轻轻地去观测一下,对它的影响就不可逆转,而且是永久的、不可避免的、不可忽略的。所以,是不能“看”的。也就是说,在牛顿力学的控制内,根据F=ma这个方程可以预测很多事情,似乎个人的努力毫无意义,而量子力学比牛顿力学要积极得多。这就是哲学意义上的量子力学。

  在量子的世界里,一个量子可以同时处于0和1的状态,是相互叠加的。你若对这种状态去测量,就会对这种状态产生不可逆转的影响。它本来是处于冷热交加的,你一测它就变得冷或者热了。所以,量子力学告诉我们:未知的状态你是测不准的,这就是量子不可克隆定理。

  纠缠能解决两大难题

  一只猫,在不知道的情况下,可以是活活加死死的状态,这就是量子纠缠态。潘建伟打了个比方:手里有两个一样的骰子,送市长一个。他扔了好多次,让他把结果写下来,每次都随机得到1到6里面的某一个点数。我根据自己手中的另一个骰子,可以猜出他第一次扔出几,第二次扔出几,这就叫“量子遥远地点之间的诡异互动”。就在2015年,这么一种对普通人来说不可思议的现象基本在物理角度上被确证了。这就诞生了新的科学———量子信息科学。

  潘建伟介绍,目前,陆朝阳等年轻科学家已经能把10个粒子纠缠起来。

  量子信息科学可以保证原理上无条件的安全通信,意味着两人之间交换的信息,第三人绝对无法获取。利用这种量子计算手段,还可以算得非常快,有效揭示复杂物理体系的规律。就是说,可以把计算能力和信息安全的两个问题都比较好地解决。

  这门学科的价值如何体现呢?“潘老师”举了最简单的例子:比如说要求解一个10的24次方的变量的线性方程组,用目前最快的天河2号超级计算机大概需要100年左右时间,而利用万亿次的量子计算机,尽管计算的频率比天河2号要慢1万倍,但它只需要0.01秒就可以把这个方程求解出来。所以它可以广泛地应用于药物设计、金融分析、气象预报、密码分析等等,用途是十分广泛的。

  15年后估计人人都能用上量子手机

  “潘老师”告诉金华朋友,量子技术的发展可谓日新月异,陆朝阳等科学家做的实验已经入选欧洲物理十大进展,而且排在首位。这在我国是第一次。在量子通信领域,他和他的团队已经干了20年,已经在一些城市建成量子通信网络。今年7月将会发射一颗量子卫星。10到15年之后,估计人们就会用上量子手机。

  “潘老师”不无骄傲地说,在量子通信领域,中国丝毫不弱于欧美,可以说一路在领跑。

  让潘建伟特别高兴是,他的演讲一结束,就有一群身穿院士服的中小学生把他团团围住,争相提问。原来,他们是金华市少年科学院的“小院士”。“小院士”们都认真做了笔记,围着这位真正的大院士提出了自己的疑问。其中一名“小院士”问的问题还颇有深度,得到了潘院士的表扬。他的问题是:既然时间和空间可以说是一个东西,为什么没有时间上的纠缠?潘院士认真地回答:“也是有的。”然后详细地说明了具体情况。最后,他还给每一个“小院士”写了一句鼓励的话,签了名。

  一个“小院士”拿到的签名内容是这样的:“科学是美。潘建伟”

  科学是美,听讲的金华人都有同感。一位听讲者当天发给朋友的微信里是这样写的:“听了一下午,记住三点:一是量子力学理论上可以实现分身术;二是可以在家与单位光速传送(也就是把你的灵魂,以量子信息从家传给单位,再重构身体);三是看到这里,一般人肯定以为讲课的是个骗子,不是啦———人家是中科院院士、中科大副校长,有实际成果的:量子通信已在十八大上,在习近平等中央领导与国防部等要害部门通信时使用。最重要的是,最迟15年内,我们百姓也可以使用量子通信手机(今年要发射一颗量子通信卫星),安全、高效、不需要流量限制啦!欧美这项技术还落后于我们!”

  来源:金华市政府网