Transcription
许多乳制品将推迟所有问题，直到小组会议，然后您可以提问，所以为了继续进行我们的下一位发言者，请允许我介绍他，他的名字是乔纳森·道林博士，他是路易斯安那州立大学理论物理学现任教授，他获得了科罗拉多大学的博士学位，并在意大利、德国以及喷气推进实验室工作过，所以他也有广泛的背景，现在，如果他在你的节目中的图片里看不清他的书名，那就是“粉碎你的杀手应用程序”，没错，“粉碎你的杀手应用程序”，这就是你在图片里看不到的，我将扩展书名，即“建造世界上第一台量子计算机的竞赛”，所以，他将向我们描述一些量子传感的最新工作，谢谢你，乔纳森，所以我试着按照指示，我先上传了我的演讲，现在好了，我将使用我的笔记本电脑，他们刚刚添加了一些笑话，他们告诉我我可以使用我的笔记本电脑，我不知道我应该有笑话，所以我会这样做，这样我就可以在设置任何东西的时候讲笑话，所以，有两个理论物理学家在死囚牢房里，并且在同一个牢房里待了十年，为了论证，我们可以说是我和杰里·吉尔伯特，如果你知道我们的背景，你就不会问为什么我们会进死囚牢房，任何一个晚上，典狱长都会来，说你知道你明天就要被处决了，有什么最后的愿望吗？第一个理论物理学家说，嗯，我过去十年一直在牢房里研究一个新的理论，我想把它呈现给监狱里的所有民众，所以我的最后一个好主意不会随着我而消亡，典狱长说，当然，我会为你设置一个PowerPoint，你可以做一些幻灯片，并展示你的结果，然后他转向第二个理论物理学家说，你的最后遗愿是什么？第二个理论物理学家说，我想在别人说话之前被带出去枪毙，你有没有和理论物理学家待在同一个房间里？所以，是的，我在路易斯安那州立大学，我有一个新的紫外激光笔，它真的很棒，我是说，它几乎是看不见的，伽马射线的那一个马上就来了，但很酷，你在中国得到了这个，我在NASA JPL工作过，我组织了1995年第一次国防部关于量子计算和密码学的研讨会，所以，我一直在为国防部和情报界提供这方面的建议，相当长一段时间了，我确实写了关于量子技术的书，当它第一次出来的时候，不是，日期是2003年，现在你听到这个词，我应该为这个书名申请版权，因为量子技术被广泛使用，他们也使用第二次量子革命，但没有人喜欢我的论文，所以请兴奋起来，好的，但这是对一个不存在的领域的介绍，杰罗德·米尔伯恩和我预见到它迟早会到来，所以，我将只给你几个小点，说明我们为什么都在这里，以及是什么让它在近期和不久的将来变得有趣，而这个中国的这个气泡实际上是现在的日期，中国的这个气泡几乎填满了整个幻灯片，这是以百万欧元为单位的支出金额，所以他们刚刚投资了30亿，不，300亿欧元在一个新的量子技术中心，它将在上海或某个地方，他们将开发量子计算和其他各种东西，这比我们投资的要大一个数量级，他们有路线图，他们有计划，他们有行业，他们的国防部和他们的政府都整合在一起，朝着共同的目标努力，而在美国，这更像是他们手里拿着一叠百元钞票，扔向墙壁，看看会粘在哪里，所以，希望这样的会议能改变这一点，这是我被要求向彭博新闻社的人解释为什么量子技术的专利概况在增长，我说，是的，你可以看到它在2012年左右从线性增长转变为指数增长，所以现在的大部分活动不再是政府的了，在美国，你听说过谷歌、D-Wave，它是行业驱动的，实际上，我的一些博士生正在学习量子力学基础，而我是一名博士生的时候，我称量子力学基础为“疯子玩意儿”，我永远找不到工作，不，那是一个弦理论家告诉我的，所以，这是我的一些最好的朋友，弦理论，就像，是的，这是欧盟的量子技术路线图，以及你，我将要谈论的一件事是，我喜欢我的演讲是量子传感器，我知道杰里·吉尔伯特会做得这么好，我将更多地谈论量子互联网，这是每个人都感兴趣的地方，你可以看到量子互联网应该在量子计算机之前上线，所以，为什么要在有计算机之前建造互联网呢？嗯，其中一个想法是连接量子传感器和量子同步时钟和其他东西通过网络，并获得类似吉尔伯特博士所说的量子计算机那样的增强扩展，我目前有两个高中生在模拟量子网络，研究那些无法通过简单地查看每个节点的局部测量来描述的网络，并且不知道网络在做什么，而经典上并非如此，现在，好的，所以，它将从这里开始，在中间，量子基础，你永远找不到工作，好的，然后我将简要地介绍所有这些，我应该谈论传感器，所以，我将以这个结束，然后是量子互联网，我没有太多关于量子互联网的幻灯片，因为它还没有存在，但人们一直在谈论这个，我最近参加的所有会议都关于量子互联网，所以，我将从猫开始，你总是知道，我问我的高中生，你知道薛定谔的猫是什么吗？他们说，是的，他们都举手了，我说，呃，不是《生活大爆炸》，所以他们都对薛定谔的猫有一些想法，这实际上是一篇发表于1935年8月下旬的论文，它比爱因斯坦的EPR论文更受欢迎，EPR论文发表于6月，而且总是令人愉快的，当事情发生时，比如爆炸或猫死了，我们记得，如果一个原子粒子在一定时间内衰变，比如一个小时，猫就死了，如果它在一个小时内没有衰变，猫就活着，它有一个小时内衰变的50/50的机会，所以，经典地说，你会说，这就像抛硬币一样，对吧？正面朝上，它死了，反面朝上，它活着，量子力学的描述是，原子与猫纠缠在一起，只有当你打开盒子看猫的时候，猫才是虚幻的，它不是死也不是活，它既不是死也不是活，盒子里有什么东西，但那是量子，量子虚幻，直到你进行测量，你才知道确切是什么，然后它以50/50的几率坍缩成死或活，我将从两位发言者之前的发言中提到，人们正在制造商业量子随机数生成器，早期确实显示出偏差，但他们已经解决了这些问题，NIST实际上正在认证这些设备是随机的，所以，这是另一点，你可以打开包含原子的盒子，测量原子是死还是活，或者衰变还是未衰变，盒子的两边，一边可能在半人马座阿尔法星，另一边嵌入在皮克托里斯，距离22光年，62层，量子力学说，当你打开包含原子的盒子时，它坍缩成死或活，而62光年外的猫也瞬间坍缩成死或活，你必须相信这一点，因为这是现实，这种效应现在已经被中国的卫星计划演示了1200多公里，所以，回到吉尔伯特教授的故事，他回家了，我正在测量光子，不知道他已经离开了实验，我将假设我们有一个生产纠缠面条的工厂，我们将做一个抛硬币的东西，他们将纠缠的镍币装在一个，比如说，一个蛋盒里，所以，你得到12个，我得到12个，它们被编号为镍币一号，镍币二号，在盒子里的，好的，然后，这里是奇怪的部分，无论杰里什么时候想，无论他是否愿意，他抛第一个硬币，记录正面或反面，他可以等一天，抛第二个硬币，记录正面或反面，我不需要同时做这件事，甚至不需要在同一时间框架内，为了让它起作用，然后我也去忙着抛硬币，也许几周后，我们比较一下正面和反面的字符串，它们完全相同，现在，这很奇怪，好的，但这是现实，你必须接受这一点，这是源于量子力学的基础，因为爱因斯坦不喜欢猫是虚幻的，它们有50/50的几率坍缩，而且这些效应是非局域的，特别是因为他发明了相对论，看起来好像有什么东西比光速更快，但正如吉尔伯特博士所说，我们不能使用这种传输信息，然而，我们可以用它来瞬间建立一组随机数，然后可以用作加密密钥或其他通信协议，所以，猫是虚幻的，它不存在，你进行测量，然后，这是50/50，我周一在教我的学生量子，今天我逃课了，我说，嗯，你知道，当你抛硬币的时候，原则上你可以计算出它会落在哪里，如果我知道我拇指的速度、加速度、摩擦力以及我拍手的方式，我就可以用牛顿定律和超级计算机来预测正面或反面，量子力学说，不行，你不能预测，所以，所有这些变量，风速、摩擦力等等，我们称之为隐藏变量，所以，爱因斯坦在1935年提出我们可以测试，嗯，让我换个说法，他提出我们可以用类似统计力学的东西来取代量子力学，一个隐藏变量理论，我们不知道这些变量是什么，但抛硬币就更像概率论，仅此而已，好的，我们摆脱了虚幻，摆脱了纠缠的非局域性，摆脱了这个50/50，所以，他不喜欢这个50/50的机会，“上帝不玩骰子”，特别是他不喜欢非局域性，所以，1935年，他的论文发表了，建议这一点，在他著名的EPR论文的结尾，他引用次数最多的论文，引用次数超过一万次，远超他的相对论论文，他建议我们可以用一个隐藏变量理论来取代量子力学，然后抛弃量子力学，我们就会得到一些有意义的东西，所以，关键是，1945年，冯·诺依曼，约翰·冯·诺依曼，普林斯顿证明了你不能用一个隐藏变量理论来取代量子力学，1955年，玻姆构建了一个隐藏变量理论，与Ymax，所以，我的女性证明有问题，贝尔在1965年左右回去看了玻姆的理论和诺依曼的假设，在最后的几分钟里，有一些东西是局域的，而关于猫的整个事情，它在非洲，当然，它不是移动的，所以，关键是，你可以用一个非局域的隐藏变量理论来取代量子理论，但然后你就会留下奇怪的东西，如果我有一个双缝衍射，我用玻姆的理论，在半人马座阿尔法星上关闭一个狭缝，一个看不见的、不可探测的场，突然瞬间移动，所以，在我看来，这和量子力学一样奇怪，但量子力学更容易计算，所以，在65年，贝尔说，实际上，这些不是两种解释，你能听到我吗？我一直在离开麦克风，我将用我正常的说话声音，当我教一个有70名学生的班级时，好的，当我四处走动时，贝尔实际上构建了一个通用的局域隐藏变量理论，而不是非局域的，并且发现它们在实验室给出了不同的预测，所以，这不是哲学，它已经被测试过了，你可以去实验室，或者这是量子力学，对吧？所以，第一次实验是在1978年和1982年进行的，那些获得最多营销的是克劳泽和阿斯帕的这两个，有趣的故事，克劳泽做了第一次实验，他们打电话给物理系，说无论克劳泽怎么做，他都去了劳伦斯伯克利，我说，我说在阁楼里，你能付运费吗？所以，克劳泽很不高兴，因为他们用了他的实验，但这些是杰里的纠缠光子，现在更容易处理，迟早，几乎有什么东西像硬币和墨水线，所以，这个设备产生两个光子，而不是这个实验中的铯原子，它通过一条路径或另一条路径衰变，如果它产生一个水平和垂直的光子，它们正在记录我，这就是为什么他们想要我靠近麦克风，好的，我被困住了，好的，如果它朝一个方向去，你得到一个水平和一个垂直，如果它朝另一个方向去，你得到一个垂直和一个水平，因为原则上，你无法从量子虚幻的不确定性中得知它朝哪个方向去了，你得到一个纠缠态，H和VH加在一起，这是归一化因子为根号2的状态，所以，你不能用猫做实验，动物伦理对待动物的人不喜欢那样，两个光子都很好，想法是，如果你进行测量，旋转远端的偏振分析仪，这在10米左右的距离上完成，你进行测量，然后将其代入一个叫做贝尔不等式的公式，它会吐出一个数字，如果这个数字是2或更少，那么爱因斯坦的经典静态理论是正确的，量子力学被排除，如果它大于2，一直到2倍根号2，那么量子力学就被纳入，爱因斯坦被排除，实验排除了爱因斯坦，克劳泽是我的一位朋友，他期望因为证明量子力学是错误的而获得诺贝尔奖，这就是为什么他不断收集更多的数据，因为他确信他将证明量子力学是错误的，没有诺贝尔奖，量子力学是正确的，所以，这个实验只能用非局域性来解释，这里发生的事情瞬间影响了那里发生的事情，虚幻，光子在你测量它之前没有偏振，然后，当你在测量它的时候，它以50/50的概率坍缩成H或V，这是任何方式都无法预测的，这是现实，你必须接受这一点，实验告诉我们，我厌倦了和我的同行争论这个问题，他们提出了其他解释，我把它放在我的量子光学课上，我从贝尔的不平等开始，我的物理学学生被震惊了，我找了两个工程学学生，我称之为量子互联网，我问他们怎么想，他们说，只要它能工作，我不在乎它是什么意思，那是工程学学生，所以，我们达到了这一点，这就是为什么它是量子技术，我不再在乎它是什么意思，它能工作，我们可以用这些非常强的非局域相关性来做一些事情，你不能做，嗯，我撞到了坏东西，好了，现在，量子计算，简要概述，正如吉尔伯特博士所提到的，量子计算机能够破解公钥加密，公钥加密用于保护大多数金融数据和许多政府类型的数据，或者爱丽丝和鲍勃共享一个公钥，它对于经典计算机来说是无法破解的，地球上所有的经典计算机，密钥足够长，但量子计算机可以在几毫秒内破解它，所以，这就是危险所在，事实上，一个对手可能只是在收集你所有的加密数据，然后十年后，英特尔说，通用量子计算机将在十年内上线，这是他们保守的估计，所以，事情变得很可怕，他们可以把你曾经放在互联网上的一切都解密，在十年内，只需存储在一个大内存中，所以，这是用肖尔算法破解公钥，实际上有一部1992年的电影，电影的主题是分解大数很难，很难相信这是一部惊悚片，但它有一个在伯克利的数学家，他找到了一个经典的分解算法，并将其藏在一个电话答录机里，然后被坏人偷走了，NSA介入说，这很好，但情节是基于无法分解数字的能力，我们认为你无法快速地经典分解它们，但我们知道你可以在量子计算机上做到，所以，当量子计算机上线时，我们都在使用RSA公钥，我们将做什么？所以，量子计算机超导是当前先进技术，我在1996年审查提案时被告知，超导领域的人甚至没有制造出单个量子比特，也永远不会，它们现在是先进技术，我们有夏天导电技术，超导，这实际上是错误的，它应该是离子阱，然后有全光量子计算机，正如吉尔伯特博士提到的，每个剧院都只是一个全光专用量子计算机，它一遍又一遍地运行一个特定的纠错码，所以，如果你建造一个光学量子计算机，你就会免费获得一个中继器，你不能使用常规中继器，在光纤中，它们只是掺铒放大器，它们放大脉冲，因为它们沿着放大过程传播，这会破坏量子态，这基本上相当于复制量子态，它违反了最高美国不确定性原理，还有一个叫做不可克隆定理，它说你不能复制一个未知的量子态，所以，在计算机科学中，你不能做一个扇出，制作一个未知状态的几个副本，销毁这个状态，你必须绕过它，我一直按那个按钮，所以，这是超导量子比特的数量与时间的关系，每六个月翻一番，请注意，他们没有计算D-Wave，因为D-Wave不是通用量子计算机，所以，这些都希望最终成为通用量子计算机，所以，请记住，计算能力是2的N次方，N是量子比特的数量，所以，现在我们的处理能力每年增加2的2的N次方，我们将用它做什么？或者其他人将用它做什么？当然是模拟化学过程，密码破解是其中之一，这有点像问，你将用ENIAC在1945年做什么？嗯，我将把它缩小到扑克牌大小，放进口袋里，用它在互联网上玩电子游戏，而且，没有人会在1945年预测到这一点，我相信是《大众机械》在对ENIAC进行研究时，他们说，未来的计算机可能只会重30吨，因为它的重量相当于一百部手机，密码学的一个修复方法是，我们从公钥加密转向一次性密码本，克劳德·香农在1945年证明了一次性密码本是绝对无法破解的，并且无法被量子计算机破解，它只是非常耗时，因为你必须移动密钥，在过去，它是一个带有随机符号的密码本，你会用这些随机符号抄写你的信息，然后，如果他们有相同的密码本，他们就会翻译它们，因为他们有相同的随机符号，它们一定是随机的，问题是，你必须能够安全地分发密码本，而这正是目前经典公钥的问题，它只被CIA外交部门和核发射代码使用，所以，我们中的几个人两个月前在空军核打击司令部，我说，你们如何分发发射代码的私钥？我坐在一位将军旁边，他说，嗯，我们有一个人在卡车里，他开车去导弹发射井，然后用三又二分之一英寸的软盘交付它们，房间里的每个人都倒吸一口凉气，我说，三又二分之一英寸的软盘，他说，嗯，他们不再生产八英寸的了，但最终，他的回答是，它是无法破解的，因为那是一个开卡车的人，对吧？好的，但是，你知道，想法是，我们切换到一个量子密钥分发方案，你可以在这里使用纠缠光子，这个方案是BB84方案，它只使用量子不确定性和虚幻，你将信息比特发送在你的光子上，水平或垂直，但你做出不同的选择，你将使用哪个基，45度，-45度，或者H和V，一天结束时，爱丽丝和鲍勃共享一组随机数，他们可以用它来制作一次性密码本，任何窃听者试图测量光子的尝试都会导致光子波函数坍缩，从而破坏密钥，所以，没有人能得到密钥，所以，没有办法复制密钥，而且，用光子，你可以长距离传输，所以，这是中国的BB84 QKD系统，它正在运行，并传输军事、金融和政府信息，它沿着北京和上海之间的高速火车线运行，它完全是基于光纤的，而且，它正是上一张幻灯片上的协议，而且，他们确实有人问到，你知道，我们会有政策和标准之类的吗？嗯，我们可以直接从中国人那里购买，因为他们有，我的意思是，有很多人坐在展位里，这都是在一个非常大的网络上运行的，这是一个英雄实验，因为我们没有量子中继器，所以，每一个红色的点都是一个安全节点，所以，如果我没有中继器，我怎么能走得更远呢？直到中继器上线，我们通过卫星来做，所以，这是卫星，没有发出任何奇怪的声音，它将随机密钥分发给吉尔伯特博士给我看的景，然后将另一半随机密钥分发给维也纳的望远镜和格拉茨，所以，他们使用这个密钥进行了一次一次性密码本的安全视频会议，这个卫星是一个测试平台，用于做这些事情，下一个中国的提案，在三四年后，将有一个由纳米卫星组成的网络，它们什么都不做，只是从太空发送随机密钥，我不会使用那个密钥，因为卫星知道一切，所以，这就是它的状态，是的，有人问到随机数生成器，人们正在中国制造这些，VB84，正如吉尔伯特博士提到的，需要随机数，它们正在使用量子和数字生成器，我们正在这里建造自己的，并认证它们是随机的，问题是，很难判断一个东西是否是随机的，任何长串的随机数，你都会得到一个无限长的圆周率，迟早会得到很多，好的，量子传感和成像，我的时间到了吗？好的，我还在最后一个气泡里，所以，很好，吉尔伯特博士已经谈过这个了，传感部分基本上是我们称之为，如果你将粒子纠缠在一起，光束，你对光做事情，你可以超越瑞利衍射极限，它的尺寸，你也可以超越散粒噪声或量子极限，正如他提到的，而且，你不需要只用光来做，纠缠原子可以提高陀螺仪的精度，这是精度，以及在GPS受限的环境中操作潜艇的导航水平，你也可以做一个光子的版本，量子磁力计是我研究过的，由空军资助，我们正在研究的一个有趣的最新想法是太空中的时钟网络，这是一篇来自哈佛大学的论文，他们展示了从拥有纠缠时钟中获得的优势，一个对根号N而不是1/N的精度，这是英国的量子传感器路线图，以及它们的成像路线图，我应该给你看美国的，我们没有，我应该给你看中国的，他们不会给我幻灯片，所以，量子互联网，嗯，我将给你最后一个有趣的东西，所以，每个人都听说过量子隐形传态，这曾经被认为只是一个有趣的东西，当你设计一个计算机架构或架构时，关键问题之一是如何快速移动数据，答案是，对于量子网络或量子计算机，你告诉钩子，你可能会笑，这与《星际迷航》无关，但它并不违反不可克隆定理，你在这里进行测量，一个状态在这里瞬间出现，你发送两个经典信息比特，你就可以重建状态，所以，几乎所有的努力都在这个经典通道上，它可以是烟雾信号，或者你的手机，或者其他什么，所以，这就是你如何在互联网上移动量子数据，所以，中国卫星上有两个实验，纠缠分发测试，但他们的见解是正确的，或者量子在1200多公里外是正确的，他们已经完成了VB84 QKD，超过4000公里，这是高达1400公里的隐形传态，他们将一个未知的量子态隐形传态到卫星上，所以，隐形传态是任何网络中用于移动数据的一个基本要素，所以，这不仅仅是《星际迷航》的东西，这就是你如何在大型量子网络中移动数据，好了，这是我的两个高中生，America Afrin和Deepti，他们这个夏天和我一起工作，我们正在设计新的量子网络，他们对量子知之甚少，但他们只关心它是否有效，所以，他们正在不同的图上用不同的模型运行计算机代码，最后，中继器和内存是我们最后要做的事情，我们没有中继器，如果我们有一个好的中继器，我们就需要卫星了，如果我们有了，我们就可以在光纤上运行一切，但许多人还记得，在过去，当我们打长途电话时，我们没有光纤，它会发送到卫星，然后会有奇怪的延迟，当你聚焦时，你听不到，现在光纤上的东西已经没有了，所以，最终，这将会到来，这将是一项颠覆性技术，所以，我将引用我自己的书，量子中继器是一个专用计算机，它运行纠错，量子互联网是光子，短路开发的光学量子信息处理器，在美国，有一个我参与的大项目，在2010年被取消了，我们距离发射一枚火箭测试来自太空的BB84还有九个月，而且，只有30天的警告，一大笔钱，你知道，我们本可以领先于中国人，但我们没有，好的，总之，在美国，这个黑项目意味着未来的量子互联网将带有“中国制造”的印记，我写下这些话是在2012年，人们笑了，现在他们不笑了，如果你给我发邮件，我会免费给你发送这本书的PDF，我已经开始写我的新书了，《薛定谔的网络》，建造量子互联网的竞赛，这本书我不再赚钱了，好了，就是这样，[掌声]