19世紀(jì)的最后一天，歐洲著名科學(xué)家齊聚一堂。 英國(guó)物理學(xué)家威廉·湯姆森發(fā)表新年致辭。 他說，物理樓已經(jīng)完工，剩下的就是一些裝修工作了。 然而，它美麗晴朗的天空卻被兩片烏云籠罩，一朵出現(xiàn)在光波動(dòng)論中，另一朵出現(xiàn)在麥克斯韋-玻爾茲曼能量均等理論中。
這個(gè)故事廣為流傳，辯手陳明在一次辯論中引用了這個(gè)典故。 但是，你知道嗎，這兩朵烏云早在一百多年前就已經(jīng)解決了嗎？ 物理學(xué)的最新進(jìn)展是什么？
這些問題我一直無法回答，直到本周聽了物理學(xué)家丁宏的分享，有了一點(diǎn)了解。 他的演講和他的ppt值得一再回味。 他揭示了量子力學(xué)的無限魅力。 他不僅普及了量子力學(xué)的發(fā)展和量子計(jì)算機(jī)的最新進(jìn)展，還讓我們看到了科學(xué)與我們現(xiàn)實(shí)生活的關(guān)系，以及人類歷史可能走向何方。 在哪里。
物理學(xué)離我們很遠(yuǎn)，但總有人仰望星空。
我在后面附上了丁宏的演講實(shí)錄。 這段話確實(shí)很難理解。 我讀了好幾遍，每次都會(huì)有新的困惑。 臺(tái)上科學(xué)家們意氣風(fēng)發(fā)，對(duì)自己所從事的研究充滿熱愛、自信和好奇，以至于忘記了臺(tái)下的普通觀眾甚至不知道馬約拉納費(fèi)米子、量子等術(shù)語是什么。計(jì)算者。
溫馨提醒：在閱讀下面的演講之前，需要先百科一下量子力學(xué)、費(fèi)米子、凝聚態(tài)物質(zhì)、量子計(jì)算等術(shù)語。
我從這次演講中得到的關(guān)鍵信息是，量子計(jì)算機(jī)可以在 200 秒內(nèi)完成需要一年才能完成的計(jì)算。 如果量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用于人工智能，將帶來前所未有的技術(shù)進(jìn)步。 量子計(jì)算機(jī)很難建造，但隨著物理學(xué)家不斷研究和發(fā)現(xiàn)，我們可能有一天會(huì)見證量子計(jì)算機(jī)的誕生。
丁宏表示，我們最新的研究成果表明，在鐵基超導(dǎo)材料的單一材料中可以找到高純度的馬約拉納費(fèi)米子。 未來，將有機(jī)會(huì)制造拓?fù)?/a>量子位，這可能成為量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。 三極管。
丁宏演講全文：
我很高興能參加這次活動(dòng)。 作為一名科研人員歐洲物理學(xué)家，我不僅要做自己的科學(xué)研究，更希望將自己所做的科研成果真實(shí)地傳播給公眾。 我非常熱衷于做科普，并積極參與其中。 未來論壇。 看到主題思想是對(duì)現(xiàn)實(shí)的致敬，我們目前正在研究一個(gè)關(guān)于拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)、馬約拉納費(fèi)米子和量子計(jì)算的主題。 這個(gè)東西對(duì)于很多人來說都是不真實(shí)的歐洲物理學(xué)家，量子計(jì)算也是不真實(shí)的。 是的，我今天想說的確實(shí)是真的，尤其是未來。
人類文明的進(jìn)步取決于對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)。 在宇宙中，我們從宏觀到微觀，從經(jīng)典到量子。 人們認(rèn)識(shí)到物質(zhì)是由原子組成的。 原子由原子核和電子組成。 原子核又由質(zhì)子組成。 而中子、質(zhì)子和中子都是由夸克組成的，一個(gè)中子是由三個(gè)不同的夸克組成的，總共有6個(gè)夸克，6個(gè)夸克和電子，而電子的表弟，總共有12個(gè)粒子，被稱為費(fèi)米子。 除了宇宙中12種有形的、有質(zhì)量的基本粒子外，標(biāo)準(zhǔn)模型還給出了其他五種傳播力。 例如，光子傳播電磁力。 三個(gè)夸克如何聚集在一起形成質(zhì)子？ 看看膠子。 一起，有弱相互作用力 Z 和 W，以及希頓 ()。 如果沒有希格頓，費(fèi)米子的質(zhì)量都將為零，而我們都將沒有質(zhì)量。
現(xiàn)實(shí)宇宙中，從高端物理學(xué)的角度來看，費(fèi)米子只有三種，分別是狄拉克費(fèi)米子、韋爾費(fèi)米子和馬約拉納費(fèi)米子。 狄拉克于1928年提出狄拉克費(fèi)米子，解釋了電子的運(yùn)動(dòng)。 他把愛因斯坦的“相對(duì)論”轉(zhuǎn)化為確定的波動(dòng)方程來解釋電子的高速運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)狄拉克方程，可以預(yù)測(cè)一種稱為正電子的反粒子具有與電子相同的性質(zhì)，但具有相反的電荷。 如果一年后電子質(zhì)量為0質(zhì)量，則狄拉克費(fèi)米子可視為一對(duì)兩個(gè)獨(dú)立的新粒子，稱為韋爾費(fèi)米子。 1937年，意大利著名物理學(xué)家馬約拉納說，正電子和反粒子有可能是同一個(gè)，這是可能的。 如果此時(shí)完全相同，則帶中性電荷，此時(shí)就成為馬約拉納費(fèi)米子。 因?yàn)檎?fù)相同，一半是天使，一半是魔鬼，所以被稱為天使粒子。
事實(shí)上，宇宙中只發(fā)現(xiàn)了一種費(fèi)米子，那就是狄拉克費(fèi)米子。 韋爾費(fèi)米子和馬約拉納費(fèi)米子都尚未被發(fā)現(xiàn)。 但在固體材料、凝聚態(tài)材料、固體宇宙中，我們把固體當(dāng)作宇宙。 數(shù)十億個(gè)電子和金相互作用形成準(zhǔn)粒子。 準(zhǔn)粒子可以滿足Dirac方程和Weyl方程。 和馬約拉納方程。 我們知道，固體中間的費(fèi)米子可能會(huì)創(chuàng)造出有用的裝置。 例如，人們對(duì)半導(dǎo)體的研究和對(duì)半導(dǎo)體狄拉克方程的理解導(dǎo)致了三極管的發(fā)明和現(xiàn)代信息時(shí)代的創(chuàng)造。
我們很幸運(yùn)在2015年首次在固體材料中發(fā)現(xiàn)了費(fèi)米子。2015年我們發(fā)表的三篇文章被美國(guó)和英國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)為當(dāng)年物理學(xué)十大突破之一，同時(shí)也被評(píng)為當(dāng)年物理學(xué)界十大突破之一。中國(guó)物理學(xué)十大突破。 十大進(jìn)展，2018年被美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)為過去125年49個(gè)里程碑作品之一。 這也是中國(guó)唯一入選的作品。 其中34人榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。
第三個(gè)馬約拉納費(fèi)米子，這是一個(gè)等于反粒子的正粒子。 對(duì)于普通的費(fèi)米子，當(dāng)你照鏡子時(shí)，情況恰恰相反。 如果你看馬約拉納費(fèi)米子，當(dāng)你照鏡子時(shí)，你看不到自己的臉。 你看到你的背后是完全一樣的。 這是非常美妙的。 這東西有可能存在于真實(shí)的宇宙中嗎？ 有可能在馬約拉納失蹤之前，他本人在提出之后就消失了。 有人說上帝帶走了他，他透露了上帝的秘密。 他懷疑中微子是馬約拉納費(fèi)米子。 如果中微子被證實(shí)是馬約拉納費(fèi)米子，那將是繼希格頓發(fā)現(xiàn)之后高能物理學(xué)最偉大的發(fā)現(xiàn)。
如果我們想在凝聚態(tài)物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們不僅可以發(fā)現(xiàn)它，而且還可以使用它。 我們可以做什么？ 使用三極管作為量子計(jì)算機(jī)。 量子計(jì)算機(jī)的原理是什么？ 使用了量子疊加和量子糾纏。 經(jīng)典計(jì)算機(jī)使用 0 和 1，即 0 或 1。88+8.1 等于 88.8。 量子比特則不同。 它們不僅是0和1，而且是0和1之間的混合狀態(tài)，導(dǎo)致量子計(jì)算機(jī)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。 有一個(gè)非常古老的傳說來描述指數(shù)增長(zhǎng)的概念。 在印度，國(guó)王想獎(jiǎng)勵(lì)國(guó)際象棋的發(fā)明者。 國(guó)際象棋有64個(gè)方格。 你給我一些小麥。 將其放在第一個(gè)正方形上。 第一，在第二個(gè)格子里放兩個(gè)，在第三個(gè)格子里放四個(gè)，在第四個(gè)格子里放八個(gè)。 你可以在里面裝滿小麥，作為對(duì)我的獎(jiǎng)勵(lì)。 國(guó)王說這很簡(jiǎn)單。 太少了。 后來我發(fā)現(xiàn)這是不可能的。 印度不可能擁有所有的小麥。 有多少？ 是18.4萬億粒小麥。 指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)是一個(gè)驚人的數(shù)字。 量子計(jì)算機(jī)使用驚人的數(shù)字。 一個(gè)量子位可以容納兩條信息，兩個(gè)量子位可以容納四個(gè)信息，三個(gè)量子位可以容納八個(gè)信息，四個(gè)量子位可以容納16個(gè)信息，即2的N次方。 它可以上升得非常快，達(dá)到50位。 這個(gè)數(shù)字非?？捎^。 一個(gè)由50個(gè)量子比特組成的系統(tǒng)，如果計(jì)算一次，將執(zhí)行超過100萬億次經(jīng)典計(jì)算。
幾個(gè)月前，我聽說 打造了一個(gè) 53 位的量子模擬器。 53已經(jīng)超過了50。53是50的8倍。用它來生成隨機(jī)數(shù)并驗(yàn)證隨機(jī)數(shù)。 使用 53 位。 200秒。 如果用世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要一萬年才能完成同樣的事情，谷歌將徹底擊敗超級(jí)計(jì)算機(jī)。 所以量子計(jì)算機(jī)一旦制造出來，就像下圍棋一樣。 一旦被打敗，人類就沒有希望了。 。 有時(shí)我們會(huì)討論量子計(jì)算機(jī)如何進(jìn)行比較。 人類從算盤時(shí)代進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代，再從計(jì)算機(jī)時(shí)代進(jìn)入量子計(jì)算機(jī)時(shí)代。
量子是物質(zhì)的微小粒子，是基本單位，是最基本的能量載體。 它有兩個(gè)特點(diǎn)，量子疊加。 在量子里，貓不僅有生與死，還有生與死的不穩(wěn)定狀態(tài)。 還有量子糾纏，生與死兩種糾纏態(tài)。 你不知道這是生還是死。 你知道糾纏態(tài)之間的關(guān)系。 兩只貓相距很遠(yuǎn)。 當(dāng)你看到那只貓還活著時(shí)，你立刻就知道它已經(jīng)在很遠(yuǎn)的地方了。 另一只貓死了。 你甚至不知道密碼。 一旦確定了一個(gè)，另一個(gè)也就確定了。 只有兩個(gè)人拿到的時(shí)候才知道。 只有當(dāng)你使用它時(shí)你才知道它。 所謂量子密碼學(xué)或者量子通信原理。 有一個(gè)大問題。 你看不到它。 一旦看到，就不再糾結(jié)了。 它要么活著，要么死了。 環(huán)境無法干擾它。 這是一個(gè)大問題，你看不到它。 因此，建造量子計(jì)算機(jī)是很困難的。 谷歌不能說它的53個(gè)量子位是一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，因?yàn)槿绻麤]有保護(hù)，它就不能做大多數(shù)事情，只能做一些看似無用的事情。
如何防護(hù)？ 有幾種方法，一是量子糾錯(cuò)，二是量子糾錯(cuò)，用其他量子來保護(hù)它，當(dāng)它出錯(cuò)的時(shí)候，你就得坐下來站起來。 第三個(gè)是拓?fù)淞孔佑?jì)算，內(nèi)置保護(hù)的量子計(jì)算。 需要馬約拉納費(fèi)米子。 這是怎么發(fā)生的？ 這很簡(jiǎn)單。 有一個(gè)很奇怪的東西叫做拓?fù)洹?拓?fù)涫且粋€(gè)數(shù)學(xué)概念。 杯子有一個(gè)把手和一個(gè)圓圈。 通過連續(xù)變形，它們可以等效。 這東西很穩(wěn)定。 這個(gè)東西不一樣，但是拓?fù)鋽?shù)是一樣的，而且拓?fù)鋽?shù)是穩(wěn)定的。 使用拓?fù)洳牧?，例如拓?fù)浣^緣體，是一件很棒的事情。 材料內(nèi)部是絕緣不導(dǎo)電的，就像巧克力一樣，表面有一層錫紙。 銀色是導(dǎo)電的。 如果巧克力被分成兩半，那么巧克力就是絕緣的。 如果巧克力是拓?fù)淝煽肆Φ脑挘蜷_后表面也會(huì)立刻變成銀色，而且只要有一個(gè)新的拓?fù)浣缑?，就需要半塊電池。 超導(dǎo)體也是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的并且形成一對(duì)馬約拉納費(fèi)米子。 我把一個(gè)量子位分開得很遠(yuǎn)。 據(jù)說一個(gè)量子位是不穩(wěn)定的，但它的一半是穩(wěn)定的，一半是拓?fù)浔Ｗo(hù)的，一半是拓?fù)浔Ｗo(hù)的。 您可以單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，然后在完成后將它們加在一起。
這就是所謂的準(zhǔn)備。 在二維空間里，愛因斯坦跑遍了世界。 如果在他跑的路徑上加上一個(gè)時(shí)間軸，那就是二維空間+一維時(shí)間。 三維時(shí)空存在一種所謂的扭結(jié)。 他走的方向是一個(gè)扭結(jié)，這是一個(gè)拓?fù)鋽?shù)，這樣就可以做出所謂的拓?fù)淞孔游?和1。 拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)編譯馬約拉納費(fèi)米子，也就是“編織”。 在這里，我們將見證奇跡。 魔術(shù)師的杯子里有一個(gè)球。 它會(huì)旋轉(zhuǎn)，讓你猜出它在哪個(gè)杯子里。共有四個(gè)杯子。 沒有球。 如果你轉(zhuǎn)動(dòng)它，就沒有球了。 當(dāng)你打開它時(shí)，不會(huì)有球。 如果你再轉(zhuǎn)動(dòng)它，就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)球。 它會(huì)憑空出現(xiàn)。 只轉(zhuǎn)了一瞬間，確實(shí)就可以制作出來了。 這就是所謂的一些糾纏態(tài)的編程。
2000年以來的資料中有三種方法可以找到它。第一種方法不可用。 2008年，有人提議使用兩種材料來制作界面。 2018 年，我們發(fā)現(xiàn)用一種材料也可以做到這一點(diǎn)。 去年我們?cè)诳茖W(xué)期刊上連續(xù)發(fā)表了三篇文章。 第三篇文章是上周五剛剛發(fā)表的，證明在鐵基超導(dǎo)材料中，可以在單一材料中找到馬約拉納費(fèi)米子，這有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)：第一，它是單一材料；第二，它是單一材料。 二是高溫超導(dǎo)； 第三，其純度非常高。 不純凈的東西不能用該財(cái)產(chǎn)進(jìn)行交換。 這將有助于未來的量子計(jì)算機(jī)。 我們希望能夠制造出第一個(gè)拓?fù)淞孔游?，這意味著制造出量子計(jì)算機(jī)晶體管。 謝謝你們。
