人工智能:當信息時代遇上“量子”（開卷知新）

習近平總書記在中國科學院第十九次院士大會、中國工程院第十四次院士大會上的講話中指出，“進入21世紀以來，全球科技創新進入空前密集活躍的時期，新一輪科技革命和產業變革正在重構全球創新版圖、重塑全球經濟結構。”在這一空前密集活躍的全球科技創新潮中，較典型的就是“以人工智能、量子信息、移動通信、物聯網、區塊鏈為代表的新一代信息技術加速突破應用”。量子信息技術已經成為當今世界科技實力和創新能力的一大表現，將影響未來信息產業發展和經濟社會面貌。

近十幾年來，“量子”一詞熱度明顯提升

量子力學的創立和發展，被視作過去100多年里對人類社會影響最為重大的科學事件之一。量子論不僅徹底改變人類對世界的基礎認知，也使我們的生活發生翻天覆地的變化。從半導體到微電子學，從核能到新材料，從激光到超導超流，可以說，量子論比歷史上任何一種科學理論引發的技術革命都多。沒有它，我們就不會有電腦和手機，不會有原子彈和電子顯微鏡，不會有核磁成像儀和全球衛星定位系統，甚至整個互聯網發展在某種程度上也跟它密切相關。有人曾經做過估算，現代社會創造的生產總值里至少有1/3建立在量子論基礎之上。

今日恐慌與貪婪指數為54，貪婪程度略升:金色財經報道，今日恐慌與貪婪指數為54（昨日為52），貪婪程度較昨日略有上升，等級仍為中性。

注：恐慌指數閾值為0-100，包含指標：波動性（25%）＋市場交易量（25%）＋社交媒體熱度（15%）＋市場調查（15%）＋比特幣在整個市場中的比例（10%）＋谷歌熱詞分析（10%）。[2023/7/23 15:53:19]

十幾年前，我為寫作科普讀物《上帝擲骰子嗎——量子物理史話》搜集資料時就發現，作為現代物理學兩大支柱，量子論在大眾中的“知名度”遠遠不如相對論。一方面，這是因為量子論的基本觀點非常奇特，和普通人的直覺相違背；另一方面，也因為量子論長期缺乏有效宣傳和普及。相比之下，相對論因為有愛因斯坦這位“代言人”，在公眾面前“露臉”的機會比較多，因此更為人所知，甚至在某種程度上成為前沿科學代名詞。

近十幾年來，“量子”一詞熱度明顯提升。不僅流行文化比如科幻文學、影視、動漫等作品中越來越多地出現量子概念，在科技報道里也時常可以看到量子領域的突破性新聞。這并非偶然，因為如今量子領域正面臨一場新的革命，也就是所謂“二次量子革命”。只不過這一次，走在時代前沿的是量子力學與信息科學的交叉領域——量子信息。

拜登：將消除加密貨幣和對沖基金的稅收漏洞:金色財經報道，美國總統拜登表示，將消除加密貨幣和對沖基金的稅收漏洞。[2023/6/29 22:07:11]

憑借“絕無僅有”的安全性，量子信息將為解決信息安全問題提供支撐

什么是量子信息？我們知道，以電腦、通信、互聯網等為代表的信息技術已經在很大程度上改變了人們生活。然而，隨著時代發展，科學家們發現，如果把傳統的表征信息的基本物理單元替換成符合量子力學規律的微觀量子系統，從而將量子力學基本原理運用到數據計算、加密、傳輸等信息處理過程中，將能完成一些傳統信息技術無法想象的任務，這些領域統稱為“量子信息”。

量子信息最主要的三個方向是量子計算、量子加密與量子傳輸。量子計算利用的是量子論里獨特的“量子疊加態”。量子論和經典物理的最大不同，就是它認為事物狀態并不是唯一確定的，而可以是各種可能性的“疊加”。傳統計算機處理信息的最小單位比特，要么是0要么是1，不可能有其他狀態；但在量子論看來，一個比特可以既是0又是1，也就是處于0和1的疊加態，這叫作“量子比特”。量子計算機就是利用這種性質進行計算，因為處理的是處于疊加態的量子比特，所以可以用同步并行的方式進行。換句話說，傳統計算機一次只能處理一個信息，而量子計算機一次可以處理N個信息的疊加，計算效率大大提高。這就使量子計算在某些領域極具威力。比如破解密碼，今天流行的加密方式，其安全性主要建立在電腦計算能力的限制上——只要密碼足夠長，哪怕把全世界最強大的超級計算機放到一起計算，也未必能夠算出結果。而一旦量子計算機成功面世，現行加密體系將面臨失效。需要說明的是，并不是在所有問題上，量子計算機效率都高于傳統計算機。由于目前只發現少數幾種量子算法，因此只在特定問題上，量子計算機才具有明顯優勢。除破解密碼，在天氣預報、藥物合成、深度學習、人工智能開發等領域，量子計算都被證明大有可為。

索尼推出用于運動追蹤的元宇宙可穿戴設備 Mocopi:金色財經報道，索尼公司宣布推出其最新的元宇宙發明，即名為Mocopi的可穿戴運動追蹤系統。據悉，該新系統由六個彩色傳感器組成，可被放置在身體的各個部位，包括腳踝，手腕，頭部和臀部，以實時捕捉人類運動，并將它們與化身聯系起來，允許用戶使用全身動作為其化身創建視頻。預購銷售定于12月中旬開始，售價為49,500日元（約358美元）。從12月15日起，索尼還將推出一個將運動數據與元宇宙數據服務聯系起來的軟件開發工具包。（CoinDesk）[2022/11/30 21:11:38]

量子加密(或稱量子密鑰分配)利用的是量子不可克隆原理。量子力學認為，不可能把一個粒子的狀態信息精確“拷貝”一份而不改變它本身。利用這種不可克隆性，可以實現一種理論上“絕對安全”的加密手段。在實踐中，我們用光子的偏振方向來“編碼”隨機產生的密鑰信息，一旦這些光子在傳輸途中被人竊聽，由于不可克隆原理，它們的初始狀態必定遭到破壞，傳輸方和接收方很容易通過比較發現這一點，并重新更換密碼。只有當雙方確認接收到的密碼未遭竊聽之后，才會發送加密過的正文，從而保證內容傳輸的絕對安全。如果說量子計算機的出現是一柄鋒利的矛，可以刺穿現有的加密體系，那么量子加密就是一張無比堅固的盾，在理論上永遠不可能被攻破。從信息安全的角度來說，這無疑具有重要價值。

新加坡星展銀行在區塊鏈平臺上完成日內回購交易:金色財經報道，新加坡星展銀行表示自己是亞洲第一家在基于區塊鏈網絡上完成日內回購交易的銀行。該交易是在摩根大通在Onyx數字資產上的日內回購應用上完成的，該應用可在數小時內實現即時結算和交易到期，而不是目前行業規范中的一到兩個工作日。

星展銀行財政與市場部主管Andrew Ng在周三的一份聲明中說：回購協議或回購是一種傳統的、成熟的融資方法，但基礎設施和技術上的低效率意味著最短期限通常為一天。通過利用基于區塊鏈的解決方案的效率，我們能夠在壓縮的時間內籌集美元資金，這對我們的流動資金需求是有利的。（forkast）[2022/11/23 8:00:56]

量子傳輸(或稱量子隱形傳態)利用的是量子糾纏，所謂“糾纏”，指的是兩個粒子的狀態會產生量子力學系統所特有的奇特關聯。你可以想象成拋兩個硬幣，一旦它們“糾纏”在一起，就一定會拋出同樣的結果。神奇的是，哪怕這兩枚硬幣后來相隔遙遠，甚至飛到宇宙兩端，它們之間的“糾纏”也仍然可以繼續存在。利用這一原理，我們可以把一個粒子的狀態原封不動地“傳送”到另一個粒子身上。在劉慈欣科幻小說《三體》里，三體人制造了4個智子，其中兩個智子發射到地球，另外兩個留在三體世界，正是憑借這些智子，三體人可以跨越4光年距離與人類進行實時溝通，這背后就是利用量子糾纏原理進行通信。當然，與科幻小說不同，真正的量子傳輸并不能超光速地“瞬間”傳送信息。因為在傳送粒子狀態過程中，我們還需要給接收方一個額外“密碼”來解密，而這個密碼仍然需要靠傳統通信手段來傳輸。除了不能超光速之外，從原則上講，科幻電影里常見的場景——一個物體在一處消逝，再在另一處重現，并非是完全不可能的，只是現階段技術水平還僅局限在傳送原子、光子等微觀狀態。憑借量子加密和量子傳輸“絕無僅有”的安全性，量子信息技術將為解決備受世界關注的信息安全問題提供支撐。

法國戛納將十處城市地標拍賣，載入“元宇宙”:金色財經消息，近日，在上周進行的一場特別拍賣會上，法國戛納市(Cannes)將十處城市地標遺產以NFT數字藏品形式進行拍賣。其中，戛納國際電影節舉辦地——戛納節慶宮(lePalaisdesfestivals)的NFT數字藏品以65000歐元成交，十字大道(laCroisette)NFT以59040歐元成交。戛納成為將城市地標載入“元宇宙”的歐洲城市先驅。（法國《費加羅報》）[2022/7/1 1:44:52]

科研應用不斷突破，公眾科普任重道遠

由于量子信息在通信、國防安全、金融等方面具有廣闊應用價值和前景，迅速成為世界各國大力發展的重點領域。在這輪量子信息浪潮中，在若干方向上，中國當之無愧成為領跑者之一。2016年，中國發射了世界上第一顆量子通信衛星“墨子號”；2017年，全球首個遠距離量子保密通信骨干網“京滬干線”正式開通，可為沿線金融機構、政府部門等提供高安全等級量子保密通信業務支持。可以說，在量子密鑰分配、量子隱形傳態等領域，我們已經取得國際領先地位，在超導量子計算等方向上，我們進步也非常顯著。

伴隨科研與應用領域的不斷突破，近年來，國內也出版、引進了一些量子信息方面的科普讀物，其中代表如《量子》《量子計算——從“巨人計算機”到“量子位元”》《跨越時空的骰子：量子通信、量子密碼背后的原理》等，量子世界中特有的奇特現象，量子計算、量子加密和量子傳輸等方面的應用可能，正在為更多公眾了解。但與此同時，也應看到科普工作的任重道遠。公眾對量子世界的興趣，很大一部分是被量子論中那些聽上去神奇甚至詭異的觀點激發起來的。以至于現實生活中，“量子××=高科技”的觀念頗有市場，不法商家打著高科技口號推銷所謂“量子儀器”“量子保健”“量子波動速讀”，招搖撞騙，坑害消費者。對量子信息也是如此，很多人會視量子計算機為無所不能的超級工具，甚至會產生人工智能很快就要壓倒人類的恐懼，也有人一直把量子傳輸理解成超光速通信，并由此產生不必要的誤解。這提醒我們，一方面應通過更系統、更深入的科普工作揭開量子神秘面紗，另一方面，也應引導讀者認識理論假設和應用實踐、理想狀態和現有技術條件之間的距離，更全面理性地關注科技前沿。

如今，新一輪科技革命和產業變革正處于重要交匯期，以數字化、網絡化、智能化為標志的信息技術革命正深刻改變著世界面貌和人類生產生活。關于量子信息乃至整個信息科學的科普工作，還有很大進步空間。眾所周知，我們今天生活在一個信息時代，和量子論一樣，創立于70多年前的信息論也是一門深刻改變了世界的學說，但在這個領域，至今仍然缺乏在公眾中具有廣泛影響力的科普作品。信息論和量子論的結合正煥發新的絢爛光彩，這跟我們每個人息息相關，應該被更深入地認識和理解。

(作者為科普作家)

制圖：郭祥

《人民日報》(2020年01月21日20版)

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