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大数据、量子调控、量子通信,你想了解的都在这里!
来源:  作者:  时间:2017-08-11 11:25:42  点击次数:

 习近平总书记指出:

    实施创新驱动发展战略,首先要看清世界科技发展大势。科学技术是世界性的、时代的,发展科学技术必须具有全球视野、把握时代脉搏。当今世界,科学技术发展确实很快,可以说是突飞猛进、一日千里。我看了不少介绍世界科技发展的材料,一些新突破新趋势值得我们高度关注。 

    比如,大数据。研究表明,工业化时期数据量大约每十年翻一番,现在数据量每两年就翻一番。浩瀚的数据海洋就如同工业社会的石油资源,蕴含着巨大生产力和商机,谁掌握了大数据技术,谁就掌握了发展的资源和主动权。 

      再比如,先进制造。西方国家都在讲再工业化,实质上就是用新技术推动高端制造业发展。未来绿色化、智能化、柔性化、网络化的先进制造业,不仅会从源头上有效缓解资源环境压力,改变制造业“资源消耗大户”“污染大户”的面貌,而且会引发制造业及其相关产业链的重大变革。

    又比如,量子调控。科学家们开始调控量子世界,这将极大推动信息、能源、材料科学发展,带来新的产业革命。量子通信已经开始走向实用化,这将从根本上解决通信安全问题,同时将形成新兴通信产业。

    还比如,人造生命。这几年,这个领域的研究发展很快。2010年第一个人造细菌细胞诞生,打破了生命和非生命的界限,为在实验室研究生命起源开辟了新途径。有的科学家认为,未来五至十年人造生命将创造出新的生命繁衍方式。这些不仅对人类认识生命本质具有重要意义,而且在医药、能源、材料、农业、环境等方面展现出巨大潜力和应用前景,也将给生命伦理带来全新挑战。


——《在中国科学院考察工作时的讲话》

 

(2013年7月17日)

大数据 BIG DATA

    看到这个词,我们首先想到的就是数据的“大”,在互联网尤其是移动互联网已经如此普及的今天,拿出手机,我们几乎每时每刻都在感受数据的“大”,而互联网公司也在接受我们每个人的大量数据信息,然后反馈给我们更大的数据信息。大数据已经完全融入了我们的生活,但大数据真的只是“大”吗?

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    大数据即巨量数据集合,以容量大、类型多、存取速度快为主要特征。大数据数量巨大、来源分散、格式多样,对其进行采集、存储和关联分析,从而在其中发现新知识、创造新价值、提升新能力,正在快速发展成为新一代信息技术和服务业态。这也正是大数据不仅仅是“大”的地方,数据背后所隐含的信息都可以被挖掘,用来创造和创新,使得原本简单的数据起到非常大的作用。于是,运用大数据推动经济发展、完善社会治理、提升政府服务和监管能力,在全球范围内渐成趋势,我国在此领域当然也不会落后。

    “十三五”规划提出“实施国家大数据战略”,把大数据作为基础性战略资源,全面实施促进大数据发展行动,加快推动数据资源共享开放和开发应用,助力产业转型升级和社会理创新。2015年8月,国务院发布《促进大数据发展行动纲要》,提出要“加大大数据关键技术研发、产业发展和人才培养力度,着力推进数据汇集和发掘,深化大数据在各行业创新应用”。2017年1月,工信部印发《大数据产业发展规划(2016—2020)》,提出要通过提升我国大数据的资源掌控能力、技术支撑能力和价值挖掘能力,加快建设数据强国,有力支撑制造强国和网络强国建设。这一系列的政策会逐步促进我国的大数据发展,未来我们的生活也必定会因为大数据而丰富多彩。但要注意的是,由于很多数据涉及个人信息和隐私,很多人没有保护意识,使得个人信息泄露问题非常严重,电信诈骗时有发生,在此也提醒大家在大数据时代要有个人信息和隐私保护的意识,2017年6月1日起实施的《中华人民共和国网络安全法》已经做出了相关规定。

量子调控 QUANTUM MANIPULATING

    调控就是对体系状态的调节和控制。日常生活中的调控无处不在:精确地找到航天卫星的运行轨道,精准地确定导弹的袭击目标,这是一种调控;精确地接住树上掉下来的苹果,这也是一种调控。

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    在经典世界中调控相对简单,因为大到火箭小到苹果,所有物体都遵从经典运动规律,只要确定初始状态就可以推演出结束状态。不过一旦涉及量子就不再是这么一回事了。在量子世界中,物理量的测量结果一般是不确定的。经典世界中的“粒子”在量子世界中不再处于确定的位置,而是在各个位置都有一个出现概率,而这个“粒子”每一个可能具有的状态都是一个量子态,整体表现出的性质就是各量子态的叠加。量子调控,就是在调控量子态。如果可以准确地得到一个量子态并调控其演化过程,就可以利用这个确定的量子态开展进一步研究。

    2012年诺贝尔物理学奖授予了研究单个量子系统、量子调控和量子测量实验方法的两位科学家。目前,量子调控研究已是当代物质科学与信息技术等领域的前沿。在认识量子现象和规律的基础上,我们通过开发新材料、构筑新结构、发现新物态以及改变外场条件等方法,对量子现象和规律实现调控和开发应用。量子调控正在循序渐进地为科学家探索量子世界打下基础。

    突破经典调控的极限,建立全新的量子调控技术,开发实用化的全量子器件,为科技带来诸多进步。最直接的成果就是铯原子钟精确度的提升、磁共振成像技术的提高及量子计算机的研究。作为间接的成果,也为构建未来信息技术奠定了理论、技术和人才基础。

    在量子调控领域,我国已经具备很强的理论和实验技术储备,形成了一批优秀的研究团队,取得了一批有重要突破和重大国际影响的研究成果。如高温超导材料和机理研究走向世界前沿,拓扑绝缘体和拓扑半金属研究处于国际前沿,并起到引领作用;实用化、网络化远距离量子通信处于国际引领地位(2016年发射了“墨子号”量子通信卫星);多光子纠缠和干涉度量学保持国际领先水平等。量子调控已写入我国重大研究计划中,将会在未来获得长足进步。

 

量子通信 QUANTUM COMMUNICATION

    2016年“墨子号”量子卫星上天,让当初令爱因斯坦都困惑到摇头的难题——量子纠缠,再一次进入公众的视线,这一神奇的现象决定着未来新的通信方式,即量子通信。

    量子通信指利用量子纠缠效应进行信息传递的新型通信方式。所谓量子纠缠效应就是两个或多个量子系统之间的非定域非经典的关联。这是什么意思呢?如果两个粒子处于纠缠态, 就说它们在量子力学的意义上是“心心相印”的,一个粒子能立即感应到它的孪生兄弟所发生的一切,那么在测量一个粒子时,另一个立刻也被这个测量行为所影响,好像这对孪生子能够穿越浩渺的空间神秘地进行瞬时通信一样。当然,科学家至今也仍然无法完全理解量子纠缠是怎样产生的。

    量子通信是近20年发展起来的新兴交叉学科,是量子论和信息论相结合的新研究领域。基于量子力学中量子态的不可复制性,当我们以量子态作为信息载体传送信息时,原则上可以实现不可破译的量子保密通信。这正是我们所追求的绝对安全的通信。也正是因为高效率和绝对安全等特点,使其成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。

    量子通信领域的发展竞争激烈,在各国都受到高度重视。我国在此方面处于世界顶尖水平,尤其是中国科学技术大学的科研团队,在全通型量子通信网方面占据领先地位。2004年,该团队首次实现5光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输。2008年,该团队研制了20千米级的3方量子电话网络。2009年,该团队在合肥构建和演示了一个5节点全通型量子通信网络。同年,该团队与新华社合作建设的“金融信息量子通信验证网”在北京开通,在世界上首次将量子通信技术应用于金融信息安全传输。2014年,该团队与中国科学院上海微系统所和清华大学的科研人员合作研发的测量器件无关量子密钥分发系统,将可以抵御黑客攻击的安全距离扩展至200千米,创下新的世界纪录,2016年又将该纪录提高到404千米。2016年8月16日,我国发射了全世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,力争到2030年建成20颗通信卫星规模的全球量子通信网。让我们翘首以待吧!

通信安全 COMMUNICATION SECURITY

    相信很多朋友都听说过,国家领导人的办公桌上都会有一部神秘的红色电话。这种红色电话是党政专网电话,设立的目的是为了通信安全。除了系统独立外,它还采取了最为先进、严格的保密措施,想要窃取通话内容简直就是天方夜谭。

    然而,通信安全并没有那么高高在上,它与我们每个人的日常生活息息相关。不同于信息安全,通信安全是建立在信号层面的安全,不涉及具体的数据信息内容,通信安全是信息安全的基础,为信息的正确、可靠传输提供了物理保障。

    通信安全分为两个层面:第一是信息可以可靠、准确地送达;第二是在传输的过程中不会被窃听。

    信息的可靠、准确传输依赖的是关键信息基础设施的建设。根据《网络安全法(草案)》第二十五条,关键信息基础设施包括提供公共通信、广播电视传输等服务的基础信息网络,能源、交通、水利、金融等重要行业和供电、供水、供气、医疗卫生、社会保障等公共服务领域的重要信息系统,军事网络、设区的市级以上国家机关等政务网络,用户数量众多的网络服务提供者所有或者管理的网络和系统。它是社会民生、经济发展和政府事务等赖以运转的神经网络,是各项事业顺畅运行的生命线,是可持续发展的保证。为此,我们国家的《网络安全法》将关键信息基础设施纳入国家安全保护范围,实行重点保护。

    传输过程中不泄密,则主要依靠数据加密、用户识别、入侵检测、通信网络内部协议安全等技术的发展。在这一领域,我国的量子保密通信技术位于世界前列。中国科学技术大学潘建伟团队在合肥市实现了国际上首个所有节点都互通的量子保密通信网络,后又利用该成果为我国建国60周年国庆阅兵关键节点间构建了“量子通信热线”,之后研发的新型量子通信装备在北京投入常态运行,为国家重要政治活动提供信息安全保障。2016年8月16日,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射升空。它的成功发射和在轨运行,将助力我国广域量子通信网络的构建,服务于国家信息安全。

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