在量子信息技術(shù)中，具有代表性的是量子通信和量子計(jì)算。這也是各主要科技大國(guó)重點(diǎn)搶占的戰(zhàn)略技術(shù)高地。那么，什么是量子科技？在現(xiàn)實(shí)生活中有何應(yīng)用前景？各國(guó)及科技企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)如何？

量子信息技術(shù)則是量子力學(xué)的最新發(fā)展，代表了正興起的“第二次量子革命”。那么什么是量子科技？在現(xiàn)實(shí)生活中有何應(yīng)用前景？各國(guó)及科技企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)如何？

量子科技源于量子力學(xué)。量子力學(xué)發(fā)源于20世紀(jì)初，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支，如果一個(gè)物理量存在最小的不可分割的基本單位，則這個(gè)物理量是量子化的。

量子力學(xué)中有一些“違背常理”的特點(diǎn)，如著名的難知死活的“薛定諤的貓”等。但相關(guān)理論不斷獲得實(shí)驗(yàn)支持，在一百多年里催生了許多重大發(fā)明——原子彈、激光、晶體管、核磁共振、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等，改變了世界面貌。

從頂層設(shè)計(jì)、戰(zhàn)略投資再到人才培養(yǎng)等，全球多國(guó)近年來(lái)在量子科技領(lǐng)域持續(xù)投入。

早在2016年，歐盟就宣布將量子技術(shù)作為新的旗艦科研項(xiàng)目，迎接“第二次量子革命”。美國(guó)也一直支持量子科技發(fā)展，最新動(dòng)向是在10月7日，白宮科學(xué)和技術(shù)政策辦公室啟用了國(guó)家量子協(xié)調(diào)辦公室的官方網(wǎng)站，同時(shí)發(fā)布了《量子前沿報(bào)告》。

在量子信息技術(shù)中，具有代表性的是量子通信和量子計(jì)算。這也是各主要科技大國(guó)重點(diǎn)搶占的戰(zhàn)略技術(shù)高地。

量子通信：信息安全傳輸?shù)摹氨Ｗo(hù)盾”

量子通信是利用量子力學(xué)相關(guān)原理解決信息安全問(wèn)題的通信技術(shù)。其中一個(gè)著名原理就是量子糾纏，兩個(gè)處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應(yīng)”，無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)量子狀態(tài)變化，另一個(gè)也會(huì)隨之改變，愛(ài)因斯坦稱(chēng)之為“鬼魅般的超距作用”。傳統(tǒng)的通信方式有被竊聽(tīng)的風(fēng)險(xiǎn)，而在量子通信中，竊聽(tīng)者必然被察覺(jué)并被通信雙方規(guī)避。量子通信因此常被稱(chēng)作信息安全傳輸?shù)摹氨Ｗo(hù)盾”，在保密領(lǐng)域有很大應(yīng)用前景。

近年來(lái)，中國(guó)量子通信技術(shù)取得多項(xiàng)突破性進(jìn)展。比如2016年8月，中國(guó)發(fā)射了自主研制的世界上首顆空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”；此后，中國(guó)科研人員利用量子衛(wèi)星在國(guó)際上率先成功實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)的星地雙向量子糾纏分發(fā)等成果。2017年，全球首條量子保密通信骨干網(wǎng)“京滬干線”項(xiàng)目通過(guò)總技術(shù)驗(yàn)收。

今年以來(lái)，在量子通信領(lǐng)域中國(guó)學(xué)者“捷報(bào)頻傳”。有關(guān)方面3月宣布，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)等研究人員實(shí)現(xiàn)了500公里級(jí)真實(shí)環(huán)境光纖的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)和相位匹配量子密鑰分發(fā)，傳輸距離達(dá)到509公里，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。有關(guān)方面9月宣布，郭光燦院士團(tuán)隊(duì)與奧地利同行合作，首次實(shí)現(xiàn)了高保真度的32維量子糾纏態(tài)，顯著提高了量子通信的信道容量。

量子計(jì)算：未來(lái)計(jì)算技術(shù)的“心臟”

量子計(jì)算是各國(guó)優(yōu)先發(fā)展的另一重點(diǎn)科技領(lǐng)域。百度研究院量子計(jì)算研究所所長(zhǎng)段潤(rùn)堯告訴新華社記者：“量子計(jì)算是這一場(chǎng)新量子革命最具有代表性的技術(shù)，是未來(lái)計(jì)算技術(shù)的心臟?！?/p>

與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，量子計(jì)算機(jī)有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中1個(gè)比特在某個(gè)時(shí)間只能是0或1中的一個(gè)狀態(tài)，而在量子計(jì)算機(jī)里，由于量子疊加態(tài)的存在，1個(gè)量子比特可同時(shí)記錄0和1兩個(gè)狀態(tài)。因此，量子計(jì)算機(jī)擁有計(jì)算能力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的潛力。但目前人類(lèi)能同時(shí)操縱的量子比特還不多，量子計(jì)算機(jī)尚未走向大規(guī)模實(shí)用。

在量子計(jì)算賽道，谷歌、微軟、英特爾等西方科技企業(yè)擁有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)不同技術(shù)路徑不斷實(shí)現(xiàn)對(duì)更多量子比特的操縱。去年10月，谷歌研究人員在英國(guó)《自然》雜志發(fā)表論文稱(chēng)，基于一個(gè)包含54個(gè)量子比特的量子芯片開(kāi)發(fā)了量子計(jì)算系統(tǒng)，它花費(fèi)約200秒完成的任務(wù)，傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)要1萬(wàn)年才能完成。這在當(dāng)時(shí)被稱(chēng)作實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”，即讓量子計(jì)算機(jī)在某個(gè)特定問(wèn)題上的計(jì)算能力超過(guò)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，但也有一些業(yè)界人士對(duì)相關(guān)細(xì)節(jié)提出疑問(wèn)。

中國(guó)研究人員也在量子計(jì)算方面奮起直追。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)等高校近年來(lái)都在量子計(jì)算領(lǐng)域取得一些階段性成果。百度、阿里巴巴、騰訊、華為等科技企業(yè)也相繼出臺(tái)了量子計(jì)算研究計(jì)劃。今年9月，百度、本源量子等企業(yè)先后發(fā)布了自己的最新量子計(jì)算云平臺(tái)，使普通用戶(hù)也能通過(guò)云技術(shù)使用量子計(jì)算。

雖然量子計(jì)算機(jī)距離大規(guī)模普及還有很長(zhǎng)的路要走，但相關(guān)前景廣闊。段潤(rùn)堯說(shuō)：“量子計(jì)算將極大促進(jìn)當(dāng)前人工智能及其應(yīng)用的發(fā)展，深刻地改變包括基礎(chǔ)教育在內(nèi)的眾多領(lǐng)域。特別是，借助于量子計(jì)算技術(shù)，人類(lèi)對(duì)于微觀世界的認(rèn)識(shí)以及宏觀世界的探索將得到極大擴(kuò)展，從而引發(fā)人類(lèi)思維能力的根本性提升?！?/p>