Haben Sie schon öfters den Spruch „Im Zweifelsfall die Quantenmechanik befragen“ gehört? – Was sind also Quanten? Wozu dient die Spitzentechnologie „Quantencomputer“? Heute werden wir im Rahmen des Themas „Neue hochwertige Produktivkräfte in Beijing“ mit Ihnen die Beijinger Akademie für Quanteninformationswissenschaften und die Beijing Boson Technologie GmbH besuchen, um gemeinsam das Geheimnis der „Quanten“ zu ergründen.
Quanten sind ein heißes Thema, das von chinesischen und ausländischen Physikern ununterbrochen diskutiert wird. Vergleicht man die physische Welt mit einer Person, so kann die Quantenwelt als die „Seele“ dieser Person bezeichnet werden.
Schrödinger benutzte eine „Katze“, um die Quantenüberlagerung zu verifizieren, und Einstein bezeichnete das Phänomen der Quantenverschränkung als „spukhafte Fernwirkung“ … Cao Zexian, ein Forscher am Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, benutzte die folgende Analogie für Quanten: Wenn wir aus der Ferne auf einen Fischschwarm schauen, sehen wir ein schwarzes Ganzes, aber wenn wir das Bild vergrößern, sehen wir die einzelnen Fische, und diese einzelnen Fische können als die Quanten des Fischschwarms bezeichnet werden.
Was genau sind also Quanten? Es gibt zu viele Richtungen, die eine Erkundung wert sind. Es kann die Weite des Universums oder auch eine Spezies sein; es ist diskret, aber auch veränderlich … Seine Geheimnisumwobenheit ist angeboren. In den letzten Jahren hat die Entwicklung der Quantenwissenschaft und -technologie einen rasanten Aufschwung erlebt und ist zum Spitzengebiet einer neuen Runde der wissenschaftlichen und technologischen Revolution und des industriellen Wandels geworden, und die drei großen Bereiche Quantencomputing, Quantenkommunikation und Quantenpräzisionsmessung wurden auch zu den wichtigsten Forschungsrichtungen vieler Wissenschaftler.
Die Beijinger Akademie für Quanteninformationswissenschaften im Bezirk Haidian von Beijing
Die Beijinger Akademie für Quanteninformationswissenschaften (Beijing Academy of Quantum Information Sciences, nachstehend kurz „BAQIS“ genannt) im Bezirk Haidian von Beijing ist eine „Quantenwelt“, die viele Talente und Technologien versammelt. „Die BAQIS wurde mit der ursprünglichen Absicht gegründet, die verstreuten Stärken der Beijinger Talente in Forschung und Entwicklung der Quantenwissenschaft und -technologie zu bündeln und mit uns hier als zentralem Knotenpunkt zur Entwicklung der Quantenwissenschaft und -technologie Chinas beizutragen“, sagte Chang Kai, geschäftsführender Leiter der BAQIS.
In den letzten Jahren hat die BAQIS mehrere wissenschaftliche und technologische Errungenschaften von Weltrang hintereinander hervorgebracht. Quanten-Direktkommunikationstechnologie in 2020, langlebiger supraleitender Quantenbit-Chip in 2021, Quantencomputing-Cloud-Plattform der nächsten Generation in 2023, groß angelegte Quanten-Cloud-Computing-Cluster sowie elektromagnetisches Rydberg-Atom-Detektionssystem in 2024 … Eine Reihe wichtiger wissenschaftlicher und technologischer Errungenschaften der BAQIS decken ein breites Spektrum von Bereichen ab, wie z. B. Quantencomputing, Quantenkommunikation, Quantenpräzisionsmessung usw., was auch bestätigt, dass die Anwendungsbereiche der Quantenwissenschaft und -technologie kurz davor stehen, in eine breitere Welt vorzudringen.
Am Beispiel „Quantencomputing“ lässt sich erkennen, dass es sich hierbei um eine neue Art der Datenverarbeitung handelt, die sich durch ihre schnelle Betriebsgeschwindigkeit, ihre starke Informationsverarbeitungsfähigkeit und ihren breiten Anwendungsbereich auszeichnet und Qubit als grundlegende Recheneinheit verwendet. Es kann in vielen Bereichen wie Kryptographie, Materialwissenschaft, Biomedizin, Künstliche Intelligenz usw. angewendet werden. Daher werden heutzutage immer mehr Quantenforschungsteams gegründet.
Der von der Beijing Boson Technologie GmbH entwickelte kohärente optische 550-Qubit-Quantencomputer
Dieser fast zwei Meter hohe Würfel voller Science-Fiction-Gefühl ist der kohärente optische 550-Qubit-Quantencomputer, der von der Beijing Boson Technologie GmbH (nachstehend kurz „Boson“ genannt) auf den Markt gebracht wurde.
„Im Hinblick auf die Produktion seiner Kerngeräte wurde eine vollständige Lokalisierung realisiert, und der Quantencomputer kann in ein paar Millisekunden Zeit und in 2^550 verschiedenen Arten von Antworten parallel nach der optimalen Lösung suchen, dabei ist die Lösungsgeschwindigkeit mehr als Zehntausende von Malen schneller als die durchschnittliche Geschwindigkeit klassischer Algorithmen, sodass die Leistung ein international führendes Niveau erreicht hat. Der Quantencomputer hat Branchenkooperationen in vielen Bereichen wie Kommunikation, Finanzen, Verkehr, Medizin, mobile Cloud, Elektrizität usw. durchgeführt“, stellte Dr. Wen Kai, CEO von Boson, vor.
In 2021 erhielt Boson finanzielle Unterstützung von der Kommission für Wissenschaft und Technologie der Stadt Beijing und dem Verwaltungsausschuss des Wissenschafts- und Technologieparks Zhongguancun für Schlüsselprojekte und legte damit eine solide Grundlage für die weitere akademische Forschung und Entwicklung sowie Erlebnisumwandlung, und in 2023 erhielt Boson die Anerkennung als „professionelles, verfeinertes, spezialisiertes und innovatives“ kleines und mittleres Unternehmen in Beijing.
Wie stark ist also die Rechenleistung des Quantencomputing? In der Ausstellungshalle der BAQIS erklärte es uns der geschäftsführende Leiter Chang Kai folgendermaßen: „Wenn ein Quantencomputer perfekte Qubits verwendet, entspricht der aus 50 Qubits bestehende Informationsspeicherplatz ungefähr dem Speicherplatz des leistungsstärksten Supercomputers der Welt. Die in 300 Bits gespeicherte Datenmenge entspricht der Anzahl der Atome im Universum. Das Verhältnis zwischen der Rechen- und Speicherkapazität von Quantencomputern und der Anzahl der Qubits nimmt exponentiell zu, und das Potenzial ist enorm. Aus diesem Grund legen Länder auf der ganzen Welt mittlerweile einen hohen Stellenwert auf Quantentechnologie und Quantencomputing.“
Sind die Ergebnisse der Forschung und Entwicklung im Bereich der Quantentechnologie noch weit von uns entfernt? „Die Quafu-Quantencomputing-Cloud-Plattform, die wir letztes Jahr auf dem Zhongguancun-Forum vorgestellt haben, soll den Weg des Quantencomputing vom Labor zur Massenanwendung eröffnen. Derzeit kann sich jeder, der Zugang zum Internet hat, ein kostenloses Konto registrieren, über seinen eigenen Computer auf diese Cloud-Plattform zugreifen und Quantencomputing zu Hause erlernen. Vor kurzem hat eine gemeinsame Forschungsgruppe der Shenzhen-Universität und der Chinesischen Universität Hongkong eine komplexe experimentelle Verifizierung mit dem neu entwickelten supraleitenden Quantenchip ScQ-136 (Baiwang) auf unserer Cloud-Plattform durchgeführt. Die entsprechende Arbeit wurde im Oktober dieses Jahres veröffentlicht. Bislang wurden mehr als 20 wissenschaftliche und technische Arbeiten über diese Plattform veröffentlicht“, stellte Chang Kai vor.
Ist die Quantentechnologie wichtig? In dem vom Generalbüro der Volksregierung der Stadt Beijing herausgegebene „Umsetzungsplan der Stadt Beijing zur Förderung von Innovation und Entwicklung von Zukunftsindustrien“ wird klargestellt, dass 20 unterteilte industrielle Richtungen in den sechs großen Bereichen Information der Zukunft, Gesundheit der Zukunft, Fertigung der Zukunft, Energien der Zukunft, Materialien der Zukunft und Räume der Zukunft den Schwerpunkt der Planung Beijings hinsichtlich der Zukunftsindustrien darstellen werden.
Die Zukunft ist bereits angekommen, und die Entwicklung der Quantentechnologie ist eines der „Experimentierfelder“ Beijings für Innovationen im Bereich der Zukunftsindustrien. Wenn Sie ein Foto aufnehmen und auf den Sendeknopf klicken, wird ein Bild in nur wenigen Sekunden vom Quantenlicht durch eine bis zu 100 Kilometer lange Glasfaser übertragen, und die sichere Informationsübertragung ist abgeschlossen. 100 Kilometer, die längste internationale Rekordentfernung für direkte Quantenkommunikation, wurde in der BAQIS aufgestellt.
Es gibt nicht nur das „Quanten-Direktkommunikationssystem“, die „Mikro-Atomuhr“ und das „elektromagnetische Rydberg-Atom-Detektionssystem“ … Nach Abschluss der Umwandlung der Ergebnisse der erfolgreichen Forschung und Entwicklung dieser Quantentechnologien können sie in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Meteorologie, unbemanntes Fahren usw. weit verbreitet angewendet werden.
Elektromagnetisches Rydberg-Atom-Detektionssystem
Die Entwicklung im Bereich der Quantenwissenschaft und -technologie gedeiht immer mehr, und auch die entsprechende Unterstützung Beijings im Hinblick auf die Förderung der Entwicklung der Quantenindustrie wird damit Schritt halten. Am 26. Oktober wurden auf der ersten Innovationskonferenz für Quanteninformationstechnologie in Beijing der Quantentechnologie-Zukunftsindustriepark Zhongguancun (Haidian) und der Quantentechnologie-Inkubator Zhongguancun, die von der Kommission für Wissenschaft und Technologie der Stadt Beijing, dem Verwaltungsausschuss des Wissenschafts- und Technologieparks Zhongguancun und dem Bezirk Haidian gemeinsam unterstützt wurden, offiziell eingeweiht, der auch der landesweit erste Quanteninkubator ist und einen soliden Schritt nach vorne bei der Förderung der Industrialisierung der Quanteninformationstechnologie in Beijing darstellt.
Darüber hinaus wird derzeit der Beijinger Investitionsfonds für die Entwicklung der Quanteninformationsindustrie mit einem Volumen von 200 Millionen Yuan RMB eingerichtet. Der Fonds wird sich darauf konzentrieren, die Entwicklung von Unternehmen in der Anlaufphase der Gründung sowie kleinen und mittleren Unternehmen in Form von Eigenkapitalinvestitionen zu unterstützen und Unternehmen in der Wachstumsphase, die das Potenzial haben, sich zu Kettenmaster oder führenden Unternehmen in den unterteilten Wettbewerbsfeldern zu entwickeln, in angemessener Weise abzudecken.
Die Kommission für Wissenschaft und Technologie der Stadt Beijing und der Verwaltungsausschuss des Wissenschafts- und Technologieparks Zhongguancun werden auch die Innovationsvorteile Beijings voll ausschöpfen, sich auf die globalen Spitzengebiete der Innovation im Bereich der Quantenphysik konzentrieren und auf die vier Kernpunkte wissenschaftliche und technologische Forschung, Ergebnisumwandlung, Demonstration und Anwendung sowie Aufbau der Ökologie abzielen, um Beijing dabei zu unterstützen, die Führung beim Aufbau einer nationalen Hochburg für Quantenwissenschaft und -technologie sowie -industrie zu übernehmen.
Als neue Spitzentechnologie hat die Quantenwissenschaft und -technologie eine große wissenschaftliche Bedeutung und einen hohen strategischen Wert für die Verbesserung der Rechen- und Verarbeitungskapazitäten, die Stärkung der Fähigkeit zum Schutz der Informationssicherheit und die Verbesserung der Präzision von Sensorik und Messungen. Mit der Verbesserung der Qualität durch Neuerungen und dem Bestreben nach einer stetigen Qualität wird die Forschung auf dem Gebiet der Quanten einen kontinuierlichen Antrieb für die Beschleunigung des Aufbaus Beijings zu einem internationalen Zentrum für wissenschaftliche und technologische Innovation und die Förderung der Bildung von neuen hochwertigen Produktivkräften liefern.
(Inhaltsquellen: Kommission für Wissenschaft und Technologie der Stadt Beijing, Verwaltungsausschuss des Wissenschafts- und Technologieparks Zhongguancun)
