神秘的量子科技，你了解吗？| 思客问答

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作者：新华社


这两天，量子科技成了大家热议的话题。

10月16日下午，中共中央政治局举行第二十四次集体学习，主题是“量子科技研究和应用前景”。从大数据到人工智能、区块链，再到量子科技，近年来，中共中央政治局已经多次就前沿技术的相关问题进行集体学习，这些技术都极具前瞻性，到现在都炙手可热。

那什么是量子科技？量子科技有多牛？在生活中哪些会用到这种“科幻般的技术”？如何在量子科技领域加快发展？

量子科技是什么？

要搞懂量子科技，还要从量子力学说起。

量子力学发源于20世纪初，许多科学家——普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔等为之着迷，它是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，如果一个物理量存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的。



物理学家薛定谔曾用一只猫比喻量子叠加。图片来源：视觉中国

我们应该都听过“薛定谔的猫”：箱子里有一只猫，在宏观世界中它要么是活的，要么是死的。但在量子世界中，它可以同时处于生和死两种状态的叠加。这个实验只是通过宏观角度的猫来为我们解释微观世界的叠加状态，这就是一个量子力学的故事，让很多人猜不着摸不透，人们常常用一句半开玩笑的话来形容“量子力学”：“遇事不决，量子力学。”

不过，调侃归调侃，“量子力学”是今天被验证的最严密的物理理论之一，至今为止，所有的实验数据均无法推翻“量子力学”。

量子力学建立100多年，催生了许多重大发明——原子弹、激光、晶体管、核磁共振、全球卫星定位系统等，改变了世界面貌。

量子信息技术则是量子力学的最新发展，代表了正兴起的“第二次量子革命”。在量子信息技术中，具有代表性的是量子通信和量子计算。

量子科技有多牛？

谷歌曾称，其研发的量子计算机成功在3分20秒时间内，完成传统计算机需1万年时间处理的问题，并声称是全球首次实现“量子霸权”；清华大学副校长、中国科学院院士薛其坤说，目前全球一年产生的数据需要百亿TB的存储量才能完成，而未来的量子存储设备，可能只需指甲盖大小就能存储人类几百年的信息数据……

而更多量子领域的现象还未得到科学解释：超导体，完全屏蔽磁场；超流体，内部摩擦力为零；时间晶体，经典时空对称破缺；不用光的反射成像；可以通过光改变引力为斥力的卡西米尔效应；单原子酶催化，背后量子隧穿现象等等。可以说，量子科技就是人类科学认知的极限，会让你的想象力都开始显得匮乏……

加快发展量子科技，为什么这么重要？

近年来，量子科技发展突飞猛进，成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。加快发展量子科技，对促进高质量发展、保障国家安全具有非常重要的作用。

薛其坤表示，量子科技在未来不但使我们计算机的计算能力提高，通信更快，还有传感技术更灵敏，信息精度越来越精确，这些方面都会有大幅的提高。对未来的数字技术、量子技术起到真正革命性的支撑作用，其他的技术都是渐进性的发展。

各国在量子科技领域有怎样的发展？

现阶段，量子科技领域的国际竞争日益激烈，许多国家启动了量子科技战略计划。

近期，欧盟拟投资80亿欧元支持新一代超级计算技术，量子计算是其中重要内容；美国也一直支持量子科技发展，最新动向是在10月7日，白宫科学和技术政策办公室启用了国家量子协调办公室的官方网站，同时发布了《量子前沿报告》； 近日德国公布量子计算机计划，预计2021年可投入使用；日本作为全球科技强国同样不甘落后，为实现量子领域逆袭，将大力培养“量子人才”。



“墨子号”量子科学实验卫星与阿里量子隐形传态实验平台建立天地链路（2016年12月9日摄，合成照片）。新华社记者 金立旺 摄

经过三十多年努力，中国已崛起为国际量子科研版图上的重要力量，在多个战略方向上实现领跑或进入第一阵营。近年来，我国多次创造量子比特纠缠数量的世界纪录；发射世界首颗量子实验卫星“墨子号”，实现千里纠缠、星地传密、隐形传态三大科学目标；开通世界首条量子保密通信干线“京沪干线”，实现世界首次洲际量子保密通信。

如何在量子科技领域加快发展？

顶层设计和政策支持。坚持创新自信，敢啃硬骨头，要保证对量子科技领域的资金投入，同时带动地方、企业、社会加大投入力度。

人才队伍是关键。北京量子院超导量子的科研带头人于海峰表示：“在量子科技领域，一方面需要善于统筹的领军人才；另一方面需要敢闯‘无人区’的青年人才。”

量子科技发展还要促进产学研的深度融合和协同创新。于海峰说：“比如超导量子计算，某种程度上来说已经进入到科学工程化了，单一的高校实验室或者研究所的实验室不太适合发展，需要一个比较大的团队在整合材料科学、微纳米加工、低温微波工程、软件、电子学仪表方面，需要协同攻关，让企业参与，谷歌和IBM的成功就是这方面的典型范例。我们也要跟优秀企业协同攻关，进行量子计算机的研发。”

突破关键核心技术。量子科技发展取决于基础理论研究的突破，颠覆性技术的形成是个厚积薄发的过程。要加大关键核心技术攻关，不畏艰难险阻，勇攀科学高峰，在量子科技领域再取得一批高水平原创成果。

经验总结。要系统总结我国量子科技发展的成功经验，借鉴国外的有益做法，找准我国量子科技发展的切入点和突破口，抢占量子科技国际竞争制高点，构筑发展新优势。

未来，量子科技会彻底改变我们的生活，给社会带来巨大的红利，就像10多年前，我们不会想到现在的手机会有这么多的功能，会给生活带来这么多的可能性，让我们拭目以待吧！

参考资料：

《科普：量子是什么？从“微观世界规律”到人类“新物理革命”》 ，新华网 ，2020年10月19日

《量子科技意味着什么？》，腾讯网，2020年10月19日

《量子科技为何成为多国战略布局的重点领域》，央广网，2020年10月19日

《加快发展量子科技：听科学家说如何“补短板”》，光明日报，2020年10月20日

《量子科技站上风口，神秘的“量子”到底是什么？》，每日经济新闻，2020年10月20日

来源：新华网思客综合

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编辑：孙惠

校对：周佳苗