211service.com
Cilvēks, kas pārvērš Ķīnu par kvantu lielvalsti
Jian-Wei Pan, Ķīnas kvantu tēvs, virza savu virzību uz globālu līderi tehnoloģijās, kas varētu mainīt visas nozares. 2018. gada 19. decembris
Jian-Wei Pan fotogrāfija Noa Šeldons
2017. gada 29. septembrī Ķīnas satelīts, kas pazīstams ar nosaukumu Micius, ļāva izveidot neuzlaužamu videokonferenci starp Vīni un Pekinu, divām pilsētām, kas atrodas puspasaules attālumā. Satelīts traucoties pa naksnīgajām debesīm ar ātrumu 18 000 jūdžu (29 000 kilometru) stundā, nosūtīja nelielu datu paketi uz zemes staciju Ksinglongā, pāris stundu brauciena attālumā uz ziemeļaustrumiem no Pekinas. Nepilnu stundu vēlāk satelīts šķērsoja Austriju un nosūtīja citu datu paketi uz staciju netālu no Grācas pilsētas.
Paketes bija šifrēšanas atslēgas datu pārraides nodrošināšanai. Šo notikumu padarīja tik īpašu tas, ka satelīta izplatītās atslēgas tika kodētas fotonos smalkā kvantu stāvoklī. Jebkurš mēģinājums viņus pārtvert būtu sagrāvis šo stāvokli, iznīcinot informāciju un signalizējot par hakera klātbūtni. Tas nozīmē, ka tie bija daudz drošāki nekā atslēgas, kas tika nosūtītas kā klasiskie biti — elektrisko vai optisko impulsu plūsma, kas attēlo viens smiltis 0 s, ko var lasīt un kopēt.
Šis stāsts bija daļa no mūsu 2019. gada janvāra numura
- Skatiet pārējo izdevuma daļu
- Abonēt
Video šifrēšana bija parasta, nevis kvantu, bet tā kā kvantu atslēgas bija nepieciešamas, lai to atšifrētu, tā drošība tika garantēta. Tas padarīja to par pasaulē pirmo kvantu šifrēto starpkontinentālo video saiti.
Cilvēks aiz šī sasnieguma ir Jian-Wei Pan. Ķīnas Zinātnes un tehnoloģijas universitātes (USTC) profesors, 48 gadus vecais Pans ir panācis virkni sasniegumu, kas viņu ir pamudinājuši uz zinātnes atpazīstamību valstī. Viņa darbs ir ieguvis prezidenta Sji Dzjiņpina atzinību, un vietējos plašsaziņas līdzekļos viņu bieži dēvē par kvantu tēvu.
Kvantu sakari un skaitļošana joprojām top, taču tie ir vieni no tehnoloģiskajiem megaprojektiem, kuros Ķīnas valdība vēlas sasniegt sasniegumus līdz 2030. gadam. Tā saskata iespēju vadīt kvantu laikmetu tādā pašā veidā, kā ASV dominēja skaitļošanas un informācijas parādīšanās laikā. revolūciju, ko tā izraisīja.
Pans, kurš 2011. gadā kļuva par visu laiku jaunāko Ķīnas Zinātņu akadēmijas locekli, ir galvenais šajos centienos.
Intervijā ar MIT Technology Review Pans runāja par starptautiskās sadarbības nozīmi, taču viņš arī skaidri norādīja, ka Ķīna saskata unikālu logu, lai veidotu nākamo meta-maiņu tehnoloģiju ainavā. Viņš teica, ka mēs bijām tikai sekotāji un mācekļi mūsdienu informācijas zinātnes dzimšanas brīdī. Tagad mums ir iespēja… būt līderiem.
Pana ambīcijas ietver plānu izveidot visā pasaulē aptverošu satelītu konstelāciju, kas veido īpaši drošu kvantu internetu. Arī viņa kontrolsarakstā: palīdzēt Ķīnai panākt un, iespējams, apsteigt ASV, veidojot jaudīgus kvantu datorus. Aprēķinu pamatvienības šajās iekārtās ir kubiti, kas atšķirībā no bitiem var ieņemt kvantu stāvokli viens un 0 vienlaikus. Sasaistot kubitus ar gandrīz mistisku parādību, kas pazīstama kā sapīšanās, kvantu datori var radīt eksponenciālu apstrādes jaudas pieaugumu.
Nākotnē mašīnas varētu izmantot, lai atklātu jaunus materiālus un zāles, veicot ķīmisko reakciju simulācijas, kas ir pārāk daudz darba klasiskajiem datoriem. Viņi varētu arī turboizēt mākslīgo intelektu. Droši tīkli, kuros izmanto kvantu atslēgu izplatīšanu (QKD), varētu pārsūtīt sensitīvus datus tādām lietām kā finanšu darījumi un nodrošināt maksimālu slepenību militārām operācijām un sakariem. Pētnieki strādā arī pie kvantu sensoriem, kas ļautu zemūdenēm pārvietoties, nepaļaujoties uz satelīta signāliem, un kvantu radaru, kas varētu pamanīt slepenas lidmašīnas.
Uztvērēja attēlā redzams smērēšanas lāzers, ko izmanto, lai palīdzētu satelītam izveidot savienojumu ar zemes staciju.
Kopīgi centieni
Neraugoties uz aso ASV un Ķīnas konkurenci kvantu tehnoloģijās, videozvans, ko sniedza satelīts Micius, kas nosaukts senā ķīniešu zinātnieka un filozofa vārdā, lielā mērā ir starptautiskās sadarbības rezultāts.
Tas radās, sadarbojoties komandai, kuru vadīja Pan un citu, kuru vadīja Antons Zeilingers, Austrijas Zinātņu akadēmijas kvantu fiziķis. Zeilingers bija Panas doktora vadītājs 90. gados, un viņš saskatīja potenciālu jaunajā ķīniešu studentā. Kad viņš ieradās šeit, viņš simtprocentīgi koncentrējās uz teorētisko fiziku, atceras Zeilingers. Bet es sapratu, ka viņš var vairāk, tāpēc ieteicu viņam pāriet uz eksperimentiem, un viņš to izdarīja ļoti veiksmīgi.
Faktiski tik veiksmīgi, ka Zeilingers bija pārāk laimīgs, kad viņa bijušais students 2011. gadā ierosināja sadarbību starpkontinentālā QKD jomā. Pana komanda jau vairākus gadus bija veikusi eksperimentus, lai pierādītu, ka kosmosā balstīta sistēma var darboties, un galu galā tā kļuva. Ķīnas valdība ir devusi zaļo gaismu speciāla satelīta izveidei, kas tika palaists 2016. gadā.
Ir pietiekami grūti panākt, lai QKD darbotos uz zemes. To darot no satelīta, bija jāatrisina virkne papildu problēmu, sākot no precīzas satelīta pārraides saskaņošanas ar zemes stacijām un beidzot ar atmosfērā zaudēto fotonu skaita samazināšanu. Novērotāji bija pārsteigti, saka Hoi-Kwong Lo, fizikas profesors no Toronto universitātes. Viņš piebilst: Ķīnā kvantiem tiek veltīts milzīgs daudzums resursu, kas nozīmē, ka viņi var darīt lietas, ko citas valstis nevar.
Pans paredz dienu, kad datu centri dažādos kontinentos tiks savienoti, izmantojot viņa plānotos kvantu satelītus.
Citi Ķīnas sasniegumi ietver pasaulē garākā zemes QKD tīkla izveidi. 2032 kilometrus (1263 jūdzes) garo zemes savienojumu starp Pekinu un Šanhaju arī izstrādāja Pans, un tā nosūta kvantu šifrētas atslēgas starp ceļa stacijām, piedāvājot īpaši drošu tīklu finanšu un citu sensitīvu datu pārsūtīšanai. Dažas Ķīnas pilsētas arī veido pašvaldību tīklus.
Ir grūti precīzi noteikt, cik daudz Ķīna iegulda šajos un citos kvantu projektos, jo finansējums valdības programmām ir necaurredzams. Taču Pans saka, ka nauda, kas atvēlēta gaidāmajam Ķīnas valsts kvantu plānam, būs vismaz tādā pašā apjomā kā Eiropas nesen uzsāktajam Quantum Technologies vadošajam projektam, kas ir 10 gadu iniciatīva par 1 miljardu eiro (1,1 miljards ASV dolāru).
Lai gan nauda ir svarīga, Ķīnas panākumi ir vairāk nekā satelītu un citu projektu bankrota. Valsts arī gūst labumu no gadu desmitiem ilgās stratēģijas sūtīt jaunos pētniekus uz ārzemēm, lai viņi mācītos no tādiem ekspertiem kā Zeilingers, un pēc tam ievilināt viņus mājās turpināt darbu.
Ķīna ražo daudz augstas kvalitātes kvantu zinātnes rakstu, un Ķīnas patentu skaits, kas reģistrēti tādās jomās kā kvantu sakari un kvantu kriptogrāfija, arī ir pieaudzis, ievērojami pārsniedzot tos, kas reģistrēti ASV un citur.
Lai palīdzētu attīstīt nākotnes kvantu pētniekus, valsts Hefei būvē 1 miljardu dolāru vērtu Nacionālo kvantu informācijas zinātņu laboratoriju, kas tiks atvērta 2020. gadā; tā pulcēs ekspertus no dažādām disciplīnām, piemēram, fizikas, elektrotehnikas un materiālu zinātnes. Daļa naudas būs paredzēta jaunai USTC pilsētiņai tajā pašā vietā, lai apmācītu kvantu pētniekus. Mēs smagi strādājam, lai attīstītu nākotnes darbaspēku kvantu tehnoloģiju jomā, saka Pan.
Viņš jau ir izveidojis kvantu informācijas un kvantu fizikas centru USTC. 2018. gada jūnijā centra komanda paziņoja, ka ir uzstādījusi pasaules rekordu kubitu sapīšana, savienojot kopā 18. Šādi sasniegumi tuvinās mūs punktam, kurā kvantu mašīna beidzot spēs apsteigt pat jaudīgāko parasto superdatoru noteiktu uzdevumu veikšanā.
Ir arī ambiciozi plāni palielināt centienus kosmosā. Pan saka, ka nākamo četru līdz piecu gadu laikā Ķīna palaidīs vēl četrus zemas orbītas kvantu satelītus, un drīz pēc tam sekos augstas orbītas ģeostacionārs. Ilgtermiņa vīzija ir izveidot kontinentu aptverošu kvantu drošu internetu, kas varētu aizēnot mūsdienu versiju. Raugoties daudz tālākā nākotnē, šo tehnoloģiju kādu dienu varētu izmantot, lai nodrošinātu visu, sākot no viedtālruņiem līdz klēpjdatoriem.
Jian-Wei Pan, stāvot pie uztvērēja, ko izmanto īpaši drošu signālu pārraidīšanai no satelīta Micius, ir palīdzējis vadīt Ķīnas kvantitatīvos centienus.
Līderis un atpalicējs
Tātad, vai Ķīnai patiešām ir jādominē topošajā kvantu laikmetā? Un ko tas darīs ar šo dominējošo stāvokli, ja tā?
Atbilde uz pirmo no šiem jautājumiem ir niansēta. Lai gan Micius un uz zemes izvietotie QKD tīkli šobrīd nodrošina Ķīnai priekšrocības drošās kvantu komunikācijās, kvantu skaitļošanas jomā tas joprojām atpaliek no ASV. Tomēr, kā liecina Panas komandas panākumi ar samezglojošiem kubitiem, tā strauji attīstās. Lieli Ķīnas tehnoloģiju uzņēmumi, piemēram, Alibaba un Baidu, arī iegulda lielus līdzekļus kvantu skaitļošanā. Alibaba ir ieviesusi mākoņdatošanas pakalpojumu, kas ļauj cilvēkiem eksperimentēt ar kvantu procesoriem, atspoguļojot līdzīgus ASV uzņēmumu, piemēram, IBM un Rigetti, centienus.
Īzaks Čuangs, MIT profesors un kvantu skaitļošanas pionieris, atzīmē, ka viens no iemesliem, kāpēc Ķīnai kvantu zinātnē ir veicies tik labi, ir ciešā koordinācija starp tās valdības pētniecības grupām, Ķīnas Zinātņu akadēmiju un valsts universitātēm. Eiropai tagad ir savs kvantu ģenerālplāns, lai veicinātu šādu sadarbību, taču ASV ir lēni izstrādājusi visaptverošu stratēģiju tehnoloģiju attīstībai un nākotnes kvantu darbaspēka veidošanai.
Lai kas arī notiktu citur, Ķīna virzīsies uz priekšu. Pan uzsver komerciālās iespējas. Uzņēmumi jau izmanto Pekinas-Šanhajas tīklu, lai droši nosūtītu informāciju. Un viņš paredz dienu, kad datu centri dažādos kontinentos tiks savienoti, izmantojot viņa plānoto kvantu satelītu konstelāciju.
Šos satelītus, protams, varētu izmantot arī militāriem mērķiem. Elza Kanija no Vašingtonas DC domnīcas Jaunās Amerikas drošības centra darbiniekiem saka, ka dažādas Ķīnas bruņoto spēku daļas finansē kvantu sakaru, sensoru un radaru izpēti. Lielie uzņēmumi, piemēram, China Shipbuilding Industry Corporation, kas ir viens no lielākajiem karakuģu un zemūdeņu būvētājiem valstī, sadarbojas ar universitātēm pie kvantu projektiem. Ja Ķīna domā, ka tehnoloģija varētu tai piešķirt militāru priekšrocību, tā varētu atsaukt starptautisko sadarbību un paturēt inovācijas sevī.
Optimistiskāks skatījums liecina, ka Ķīna joprojām ir atvērta tādiem apmaiņu veidiem, kas ir palīdzējuši to pārvērst par kvantu lielvaru, un dara visu iespējamo, lai gūtu labumu no jaunas, kvantu iedvesmotas datu ekonomikas. Šķiet, ka priekšstats, ka Ķīna varētu pārņemt vadību šeit, iedvesmo tās augstākās amatpersonas: Sji Dzjiņpins ir pat publiski runājis par kvantu zinātni, kas atver jaunu industriālo revolūciju.
Neatkarīgi no tā, kurš scenārijs galu galā īstenotos, Ķīna ļoti paļausies uz kvantu tēvu, lai vadītu to uz panākumiem.
Labojums: šī raksta iepriekšējā versijā bija teikts, ka Antons Zeilingers ir Austrijas universitātes kvantu fiziķis. Patiesībā viņš ir Austrijas Zinātņu akadēmijā.