地表量子态传输的意义是什么,为什么基本粒子要用量子场来描述?

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为什么基本粒子要用量子场来描述?

逻辑上,量子场是优先的。那么什么是量子场?

量子场是算符,而不是通常的“场”,而是算符的场(每个时空点都有独立的场算符,或每一能量动量态都有一独立的场算符)。 量子场是算符(是操作),是产生算符和消灭算符的线性叠加。 产生算符对应于产生一个粒子的操作,消灭算符对应于吸收或湮灭一个粒子的操作。

与经典场方程不同的是,量子场方程是算符方程。 把经典场方程中的场变成算符,就是一种量子化手续。

不同时空点,产生和消灭粒子,存在随机性,概率幅分布问题。 产生算符和消灭算符作用于初始概率幅分布,导致新的概率幅分布。

所以,逻辑上说,先有粒子(真空态是0粒子),粒子数。再有粒子数概率幅分布的改变,即产生算符和湮灭算符。产生算符和湮灭算符的线性叠加,定义为量子场。

量子场是对粒子的作用,在量子场论的逻辑上看,量子场和粒子是缺一不可的。但是,对于没有粒子的真空态,量子场可以作用出粒子来,这也是有些人说“粒子是场的激发态”这么一种不严谨的说法的由来。其实,真空态的严格表示,也是具有0个粒子数的概率幅是单位复数(可以写为1)、具有其它粒子数的概率幅是0,即其它粒子数都是默认的可能的可观测量,只是暂时概率为0,真空态的严格表示构成了一个离散可数的无限维行矢量或列矢量,每一维n都对应着一种粒子数n。真空0点能的存在恰恰与上述概率在短时空内的起伏有关。

我国量子通信技术进入几维?

我国量子通信技术进入4维随着“量子卫星”“京沪干线”等重大项目的建设,越来越多本土企业参与到量子通信领域中来,逐步集聚形成量子通信产业圈。我国量子通信技术已跻身全球领先地位,受到国际社会的广泛关注。

在国家战略规划引导和产业界共同努力下,我国在量子通信领域已取得一批重要成果:2016年8月,我国成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”,并完成多项科学实验目标;2016年11月,量子保密通信骨干网“京沪干线”顺利开通;2017年6月,在中国通信标准化协会成立量子通信与信息技术特设任务组,启动了国家标准的研究工作。

量子的叠加态现实意义通俗解释?

量子的“叠加态”,现实通俗的说法就是量子在没有得到人类观察的时候,存在的状态是不确定的;它证明了宇宙中存在“上帝掷骰子”的现象,对于那些严谨的科学家来说,是非常可怕的。

相当于用一个盒子里面同时塞下所有的数字。

量子通信技术我国取得几维优势?

我国成为第二个实现量子霸权的国家,量子霸权是指,量子计算装置在特定测试案例上,表现出超越所有经典计算机的计算能力。简单来说,就是量子计算机的算力比现在的如超级计算机的算力还要强。

量子霸权概念被美国谷歌首先提出,并于去年推出了53个量子比特的计算机“悬铃木”,实现了量子霸权。而今天,我国中科院院士潘建伟团队、中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心共同合作,成功构建了76个光子的量子计算原型机“九章”。

首先在计算能力上,等效来看,九章是谷歌悬铃木的100亿倍。我们不妨看一下公布出来的算力举例。首先是谷歌的悬铃木,其计算一个数学模型,需要200秒,当时最快的超计算机需要2天,这样看的话,悬铃木的确要快很多。那么九章呢?在计算求解5000万个样本的高斯玻色取样时,九章同样需200秒,但目前世界最快的超级计算机“富岳”需6亿年。因此这么对比来看的话,就能更直观地理解,为何九章的等效计算能力是谷歌悬铃木的100亿倍了,但九章除了这一明显优势外,还有三大明显优势。

第一、运行环境

可能很多人对运行环境比较模糊,但如果你知道谷歌悬铃木的运行环境,或许会大吃一惊,它需要全程运行在-273.12℃超低温环境,不仅温度很低,而且温度数值还要求的如此精确。

但九章就不同了,除了探测部分4K外,只需要运行在室温环境即可,这算是一个巨大的进步。

第二、不依赖样本数量

这是什么意思呢?我们同样用举例来说明,上面说到,谷歌的悬铃木用200秒就解决了超级计算机2天的任务,那是基于100万个样本,如果样本数量增加呢?例如增加到100亿个样本,超级计算机其实还是用2天,但悬铃木就要用20天了。那我们继续来对比九章,九章计算5000万个样本用时200秒,超级计算机要用6亿年,同样将样本数量增加到100亿个,九章需要用10个小时,而超级计算机需要用1200亿年。这就是九章的巨大优势,要知道,宇宙的年龄也才137亿年。

第三、输出态空间

这个词就不容易通过字面来理解了,不过并不复杂。量子计算的基础是量子纠缠,而量子输出态空间,就是量子纠缠可能出现的状态的数量。量子纠缠状态的数量,同时就影响着量子计算的能力,在对比上来看,九章要比悬铃木高出14个指数级,悬铃木为10的16次方,而九章为10的30次方。

所以我们综合对比来看,尽管九章和悬铃木都还是处在量子霸权阶段的产物,但显然,九章已经更接近量子计算的第二阶段,也就是走向专用领域的实用层面。而第三阶段,就是在继续提升量子计算的计算能力的同时,发展量子计算的可编程性,将量子计算走向通用,也就是与我们大众真正见面的日子了。

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