從頂層設計、戰(zhàn)略投資再到人才培養(yǎng)等，全球多國近年來在量子科技領域持續(xù)投入。那么什么是量子科技?在現(xiàn)實生活中有何應用前景?各國及科技企業(yè)在相關領域的發(fā)展態(tài)勢如何?
解讀量子科技還要從量子力學說起。量子力學發(fā)源于20世紀初，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的物理學分支，如果一個物理量存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的。量子力學中有一些“違背常理”的特點，如著名的難知死活的“薛定諤的貓”等。但相關理論不斷獲得實驗支持，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。
量子信息技術則是量子力學的最新發(fā)展，代表了正興起的“第二次量子革命”。早在2016年，歐盟就宣布將量子技術作為新的旗艦科研項目，迎接“第二次量子革命”。美國也一直支持量子科技發(fā)展，最新動向是在10月7日，白宮科學和技術政策辦公室啟用了國家量子協(xié)調(diào)辦公室的官方網(wǎng)站，同時發(fā)布了《量子前沿報告》。
在量子信息技術中，具有代表性的是量子通信和量子計算。這也是各主要科技大國重點搶占的戰(zhàn)略技術高地。□據(jù)新華社
量子通信：信息安全傳輸?shù)?ldquo;保護盾”
量子通信是利用量子力學相關原理解決信息安全問題的通信技術。其中一個著名原理就是量子糾纏，兩個處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應”，無論相隔多遠，一個量子狀態(tài)變化，另一個也會隨之改變，愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”。傳統(tǒng)的通信方式有被竊聽的風險，而在量子通信中，竊聽者必然被察覺并被通信雙方規(guī)避。量子通信因此常被稱作信息安全傳輸?shù)?ldquo;保護盾”，在保密領域有很大應用前景。
近年來，中國量子通信技術取得多項突破性進展。比如2016年8月，中國發(fā)射了自主研制的世界上首顆空間量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”;此后，中國科研人員利用量子衛(wèi)星在國際上率先成功實現(xiàn)了千公里級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”項目通過總技術驗收。
今年以來，在量子通信領域中國學者“捷報頻傳”。有關方面3月宣布，中國科學技術大學潘建偉團隊等研究人員實現(xiàn)了500公里級真實環(huán)境光纖的雙場量子密鑰分發(fā)和相位匹配量子密鑰分發(fā)，傳輸距離達到509公里，創(chuàng)造了新的世界紀錄。有關方面9月宣布，郭光燦院士團隊與奧地利同行合作，首次實現(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。
量子計算：未來計算技術的“心臟”
量子計算是各國優(yōu)先發(fā)展的另一重點科技領域。百度研究院量子計算研究所所長段潤堯告訴記者：“量子計算是這一場新量子革命最具有代表性的技術，是未來計算技術的心臟。”
與傳統(tǒng)計算機相比，量子計算機有獨特優(yōu)勢。傳統(tǒng)計算機中1個比特在某個時間只能是0或1中的一個狀態(tài)，而在量子計算機里，由于量子疊加態(tài)的存在，1個量子比特可同時記錄0和1兩個狀態(tài)。因此，量子計算機擁有計算能力遠超傳統(tǒng)計算機的潛力。但目前人類能同時操縱的量子比特還不多，量子計算機尚未走向大規(guī)模實用。
在量子計算賽道，谷歌、微軟、英特爾等西方科技企業(yè)擁有先發(fā)優(yōu)勢，通過不同技術路徑不斷實現(xiàn)對更多量子比特的操縱。去年10月，谷歌研究人員在英國《自然》雜志發(fā)表論文稱，基于一個包含54個量子比特的量子芯片開發(fā)了量子計算系統(tǒng)，它花費約200秒完成的任務，傳統(tǒng)超級計算機要1萬年才能完成。這在當時被稱作實現(xiàn)了“量子霸權”，即讓量子計算機在某個特定問題上的計算能力超過傳統(tǒng)計算機，但也有一些業(yè)界人士對相關細節(jié)提出疑問。
中國研究人員也在量子計算方面奮起直追。中國科學技術大學、清華大學等高校近年來都在量子計算領域取得了一些階段性成果。百度、阿里巴巴、騰訊、華為等科技企業(yè)也相繼出臺了量子計算研究計劃。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算云平臺，使普通用戶也能通過云技術使用量子計算。
雖然量子計算機距離大規(guī)模普及還有很長的路要走，但相關前景廣闊。
