중국 15년에 천지일체 양자 인터넷 구축할 계획

양자 정보과학의 중요한 응용은 양자 계산이다.

전문가에 따르면 양자 컴퓨터가 50양자 입자로 발전되면 ‘양자패권’을 실현할 수 있으며 세계 그 어떤 전통적 컴퓨터도‘눌러’버릴수 있다.

11월 5일 중국 과기신문학회(中国科技新闻学会)가 주최한‘2016년 중국 과기 보급 포럼’에서 판젠워이(潘建伟) 중과원 원사(中科院院士)는 제1차‘양자패권’이 물리학과 컴퓨터 과학의 이정표로 될 것이며 “비록 현재 확실한 시간을 말할 수 없지만 그리 멀지 않았다”고 말했다.

포럼에서 판젠워이는 중국 양자 컴퓨터 연구 시간표를 상세하게 해석했다. 중국은 5년후 50개 양자비트 관련 조종을 실현하는데 계산 잠재력은 올해 6월 세계 운산속도 랭킹 제1위에 달한 슈퍼 컴퓨터 ‘타이후의 빛(太湖之光)’을 초과하며 15년 좌우 시간에 천지일체(天地一体)의 양자통신 안전보장을 한 미래 인터넷 즉 양자 인터넷을 구축하게 된다.

그는 10년 혹은 더욱 긴 시간에 전용 양자컴퓨터를 제조하여 인공 지능, 빅데이터 분석, 정보 추출 등 특수 영역에 응용하게 된다고 보충했다. 

경전 컴퓨터에서는 매개 비트마다 모두 0과 1 두가지 상태를 가지고 있다. 그러나 양자 계산중 매개 비트마다 모두 0과1을 합친 상태에 처하며 일단 조종하는 양자 숫자가 증가하면 그는 지수 성장형식으로 운산속도를 제고하고 병행 운산 능력을 가지게 된다.

예를 들면 10의 24제곱 변수 방정식을 풀려면‘타이후의 빛’은 100년 좌우 시간을 수요하지만 1조차 양자 컴퓨터는 대개 0.01포를 수요하게 된다.

“소형 네트워크로 양자 컴퓨터를 만드는 것이 이 영역연구자들의 노력 방향이다.”

판젠워이에 따르면 현재 ,IBM, 구글, 마이크로소프트와 중국의 연구소조는 모두 양자 컴퓨터 연구 개발에 전력하고 있다.

판젠워이는 5년 내지 10년에 100개 양자비트 심지어 몇백개 양자비트 관련 조종을 완성할 계획이라고 말했다.

“만일 100개 양자비트 관련 조종에 도달하면 일부 특정 문제 해를 구하는 속도가 2의 100제곱에 도달하게 된다. 이는 현재 글로벌 컴퓨터 계산 능력 총화의 백만배이다.”

판젠워이는 현재 양자 기술 동시성을 잠수함 자주적 네비게이션 등에도 보급하게 된다고 말했다.

그는 만일 잠수함 항해에 전통적 네비게이션기술로 100일 잠행(바다밑에서 동시교정이 불가능)하면 오차가 몇백 km에 달하게 되는데 성숙된 양자 정밀 측량기술을 이용하면 백날 잠행한후에도 오차가 1km보다도 더 작을 수 있다고 말했다. 

양자 통신 차원에서 현재 건설중의 ‘징후간선(京沪干线, 베이징～상하이 라인)을 2016년말에 완성할 계획인데 이 라인은 베이징, 상하이 등 도시 구역 네트워크를 연결하게 되며 기술 검증을 통해 인터넷 은행 데이터 원거리 준비, 금융기구 정보 데이터 채집등 응용 시범을 실현하게 된다.

8월에 발사한 중과원(中科院) 양자과학실험 위성 ‘머즈호(墨子号)’는 고속도 천체와 지구 간 양자 키 발급, 천체와 지구 양자 얽힘 발급과 천km급 공중 지구 양자 스텔스 수송을 실현하게 된다.

“현재 이미 천체와 지구 정보 채널을 설립하여 후기 실험을 위해 기초를 닦았으며 최후에 천지일체의 양자 통신 네트워크를 형성하게 된다.”고 판젠워이가 말했다.

量子信息科学的一大重要应用就是量子计算。

有专家评论，当量子计算机发展到50量子位的时候，就能实现“量子称霸”，“碾压”世界上任何传统计算机。5日，在由中国科技新闻学会主办的“2016年中国科技传播论坛”上，中科院院士潘建伟认为，第一次“量子称霸”将会成为物理学和计算机科学的里程碑，“虽然目前不能说出确切的时间，但应该为时不远”。

会上，潘建伟详解中国量子计算研究的时间表：计划5年之后，实现50个量子比特的相干操纵，计算潜力将超越今年6月世界运算速度排名第一的超级计算机“太湖之光”；用15年左右时间，构建天地一体的有量子通信安全保障的未来互联网，即量子互联网。

他补充说，将用10年或更长时间造出专用量子计算机，应用于人工智能、大数据分析、信息提取等特殊领域。

在经典计算机中，每个比特都只有0和1这两种状态。但在量子计算中，每个比特可以处在0和1的叠加状态上，一旦操纵的量子数目增多，它就会以指数增长的形式来提升运算速度，有并行运算的能力。例如，求解10的24次方变量的方程组，用“太湖之光”需要100年左右计算时间，但用万亿次的量子计算机大概只需0.01秒。

“构造小网络做量子计算机是该领域研究者努力的方向。”潘建伟介绍，目前，IBM、谷歌、微软和中国的研究小组都致力于量子计算机的研发。

潘建伟说，计划5至10年完成100个量子比特甚至几百个量子比特的相干操纵。“如果达到100个量子比特的相干操纵，对某些特定问题的求解速度就能达到2的100次方，这是目前全球计算能力总和的百万倍。”

潘建伟透露，目前，也将量子技术同步推广于潜艇自主导航等。他说，如果潜艇出海使用传统导航技术，潜行100天的话，（由于在海下无法同步校准），误差将达到几百公里；但若利用成熟的量子精密测量技术，潜行百天后，误差会小于1公里。

在量子通信方面，据介绍，目前在建的“京沪干线”项目光纤长度约2000公里，计划于2016年底建成，将连接北京、上海等城域网络，将通过技术验证等，实现网上银行数据远程灾备、金融机构信息数据采集等应用示范。8月发射的中科院量子科学实验卫星“墨子号”，将实现高速星地量子秘钥分发、星地量子纠缠分发和千公里级的空地量子隐形传输。“目前，已建立起星地信道，为后期实验打下基础，以便最后形成天地一体的量子通信网络。”潘建伟说。

/科技日报