量子科技，人类“新物理革命”

信集

继5G之后，又一个新鲜的名词引起大家的关注——量子科技。从顶层设计、战略投资再到人才培养……近年来，全球多国在量子科技领域持续投入。那么什么是量子科技？未来将如何应用在现实生活中？

量子：微观世界里的奇妙“叠加”与“纠缠”

量子是什么？根据量子理论，量子是最小的、不可再分割的能量单位。在我们日常生活的宏观世界里，物体的位置、速度等，都可以通过经典力学精确测算。但在微观量子世界里，却有着截然不同的奇妙物理规则，最有代表性的是“叠加”与“纠缠”。

在宏观世界，任何物体在某一时刻都有确定的状态和位置。但在微观世界，量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。物理学家薛定谔曾用一只猫比喻量子叠加：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。如果用一个人来比喻，他不仅同时处于生和死两种状态的叠加，还可以同时身处多个地点，比如既在北京又在上海。

更难以想象的是，量子的状态还经不起“看”：如果你去测量，它就会从多个状态、多个位置，变成一个确定的状态和位置了。也就是说，如果你打开“薛定谔的箱子”，猫的叠加态就会消失，你会看到一只活猫或一只死猫。而“量子人”的“分身术”也会消失，他会出现在北京或上海。叠加已经很奇妙，但当两个量子“纠缠”在一起，那种奇怪连爱因斯坦都难以接受。根据量子理論，如果两个量子之间形成“纠缠态”，那么无论相隔多远，当一个量子的状态发生变化，另一个也会“瞬间”发生相应变化。爱因斯坦曾把这一现象称作“鬼魅般的超距作用”。量子力学这些“违背常理”的特点，在一百多年里不断获得实验支持，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。

而量子科技则是量子物理与信息技术相结合发展起来的新学科，是以量子力学为基础，把量子系统“状态”所带有的物理信息，进行信息编码、计算和传输的全新信息技术，主要包括量子通信和量子计算两个领域。量子通信主要研究量子密码、量子隐形传态、远距离量子通信的技术，等等。

用更通俗的话来说，现有信息技术无法做到的，量子科技能做到。

崛起：各国抢占的战略技术高地

在量子信息技术中，具有代表性的是量子通信和量子计算。这也是各主要科技大国重点抢占的战略技术高地。量子信息技术是量子力学的最新发展，代表了正兴起的“第二次量子革命”。

经过30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。特别是今年以来，在量子通信领域中国学者“捷报频传”。3月，中国科学技术大学潘建伟团队等研究人员实现了500公里级真实环境光纤的双场量子密钥分发和相位匹配量子密钥分发，传输距离达到509公里，创造了新的世界纪录。9月，郭光灿院士团队与奧地利同行合作，首次实现了高保真度的32维量子纠缠态，显著提高了量子通信的信道容量。

国际社会纷纷加大研发力度和投入，力争抢占技术制高点。日本2013年就计划未来10年投入400亿日元研发量子信息技术。英国2014年设立“国家量子技术计划”，每年投资2.7亿英镑用于建立量子通信、传感、成像和计算四大研发中心。欧盟2016年宣布了预算10亿欧元、为期十年的“量子技术旗舰计划”。目前，全球量子技术最领先的是美国，近10年来每年投入约2亿美元用于各细分领域的研究，2018年还几乎在10年内拨款12.75亿美元全力推动量子科学发展。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》。

此外，在量子计算赛道，谷歌、微软、英特尔等西方科技企业拥有先发优势，通过不同技术路径不断实现对更多量子比特的操纵。中国研究人员也在量子计算方面奋起直追。中国科学技术大学、清华大学等高校近年来都在量子计算领域取得一些阶段性成果。百度、阿里巴巴、腾讯、华为等科技企业也相继出台了量子计算研究计划。今年9月，百度、本源量子等企业先后发布了自己的最新量子计算云平台，使普通用户也能通过云技术使用量子计算。

趋势：已进入“产业化前夜”

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。量子科技将会如何发展？该如何发展？

清华大学副校长、中国科学院院士薛其坤表示：“量子科技在未来不但使计算机的计算能力提高，通信更快，（还有）传感技术更灵敏，信息的精度越来越精确，这方面都会有大幅提高，也就是说对整个未来的数字技术，（量子技术）它是起到一个真正革命性的支撑作用，其他技术都是渐进性发展。”

“量子科技并非像区块链这样一个技术革新或者新技术的应用，它实际上是从底层向上基础研究的一个方向，会使得所有的技术都会要跟着产生变革。新兴技术一定会带来重大的冲击，目前才刚刚开始。”中国科学技术大学韩正甫教授表示。

中国科学技术大学教授郭国平表示：“发展量子科技，决不能只停留在做几个样品、发一些论文、开几次会上。真正要把它用起来，用来满足用户的需求，才能够起到增强国力、保持竞争优势的效果。”

当前，量子科技已进入“产业化前夜”。展望未来，量子计算有望为药物研发、能源勘探、金融分析、气象预报等大规模计算提供全新方案;量子测量发挥测量精度、灵敏度优势，有望在科研、医疗、能源、灾害预防等领域大显身手;量子通信融合量子计算技术，构成高速、安全的“量子互联网”，与人工智能、区块链等技术相结合，可为人类生活增添无限可能。

（本文根据网络报道综合整理）