“量子”是一個數(shù)學(xué)概念。一個事物如果存在最小的不可分割的基本單位，我們就說它是量子化的，并把最小單位稱為量子。

從2016年“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星發(fā)射升空，更多國人開始關(guān)注量子通信這一“黑科技”，到2020年10月16日，集中學(xué)習(xí)，量子科技已成為科技大國集中發(fā)力的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革前沿陣地。接受《時報》記者采訪的中國專家認(rèn)為，量子科技是真正的未來科技，在復(fù)雜的國際競爭中，將擁有不可替代的戰(zhàn)略地位。

墨子號

將帶來重大性技術(shù)創(chuàng)新

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心副研究員袁嵐峰20日接受《時報》采訪時解釋說，“量子”是一個數(shù)學(xué)概念。一個事物如果存在最小的不可分割的基本單位，我們就說它是量子化的，并把最小單位稱為量子。例如電子是陰極射線的量子，光子是光的量子。又如在氫原子中，電子可以獲取的能量是量子化的，它只能處于某些能量上，而不能處于這些能量的中間地帶。

但量子科技并不是新近出現(xiàn)的新學(xué)科領(lǐng)域，它距離民眾并不遙遠(yuǎn)。量子科技發(fā)展逾百年，人類對量子科學(xué)的認(rèn)識和發(fā)展產(chǎn)生的現(xiàn)代信息技術(shù)、計算機(jī)、通信，還有高密度信息存儲、定位系統(tǒng)，這都是量子技術(shù)一些隱形應(yīng)用。信息時代的關(guān)鍵核心技術(shù)，如晶體管、激光、硬盤、GPS等是代量子技術(shù)的一些例子。

而現(xiàn)在，世界已進(jìn)入第二次量子技術(shù)革命時代，通過主動人工設(shè)計和操控量子態(tài)發(fā)展量子技術(shù)和應(yīng)用。袁嵐峰認(rèn)為，量子科技被賦予的重視程度受之無愧，因為量子力學(xué)和相對論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基礎(chǔ)理論。人類在20世紀(jì)基于量子力學(xué)了解了微觀世界，才產(chǎn)生了許多重大的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)明創(chuàng)造。例如導(dǎo)電性，就是有了量子力學(xué)后才能解釋清楚的。磁性也是如此。

量子科技的應(yīng)用為科技發(fā)展帶來無限的想象空間。那它將帶來哪些重大性技術(shù)創(chuàng)新呢？據(jù)介紹，目前一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量需要數(shù)百億個存儲量為1TB的硬盤，而未來量子存儲設(shè)備則只需要指甲蓋大小就能存儲人類幾百年的信息。這給高密度、低能耗的信息存儲帶來巨大想象空間，而基于此的大數(shù)據(jù)發(fā)展也將突飛猛進(jìn)。清華大學(xué)副校長薛其坤說，量子計算會性提高信息運(yùn)算處理速度，量子通信會大幅度提升通信安全性，量子精密測量和傳感技術(shù)會在未來數(shù)字時代和萬物互聯(lián)時代有著廣泛的應(yīng)用。

此外，得益于量子保密通信的高度安全性，量子通信未來將在國防、財務(wù)和金融專網(wǎng)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長、院士潘建偉19日撰文表示，量子科技是事關(guān)國家安全和社會經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略性領(lǐng)域，必須將創(chuàng)新主動權(quán)和發(fā)展主動權(quán)牢牢掌握在自己手中。

袁嵐峰也對《時報》記者說，量子通信是中國目前少有的在的科學(xué)領(lǐng)域，這是非常難能可貴的。整個量子信息領(lǐng)域非常廣闊，中國沒有理由不重視，不大力發(fā)展。

中國既有也存在短板

薛其坤介紹說，中國在量子通信基礎(chǔ)研究有很多亮點，比如北斗時間測量系統(tǒng)定位已提高到非常高的精度，就是量子科技在定位或者衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用。“所以不管在基礎(chǔ)研究，還是在通信、量子計算包括精密測量和傳感上，我們國家都有很多可圈可點的東西。”

其中“墨子號”無疑是有代表性的成果。據(jù)公開報道，“墨子號”于今年6月實現(xiàn)次千公里級量子糾纏密鑰分發(fā)。潘建偉稱，這一實驗成果將無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數(shù)量級，并通過物理原理確保，即使在衛(wèi)星被他方控制的情況下依然能實現(xiàn)安全的量子保密通信，取得了量子保密通信現(xiàn)實應(yīng)用的重要突破。

路透社稱，按預(yù)定規(guī)劃，中國將陸續(xù)發(fā)射“墨子二號”“墨子三號”，到2025年前后構(gòu)建起座由中國主導(dǎo)的量子星群。未來量子通信工程應(yīng)用、量子通信產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，均可。展望約15年后，中國定制的量子互聯(lián)網(wǎng)，有望取代今天美國主導(dǎo)的光纖互聯(lián)網(wǎng)。

薛其坤表示，未來10年在量子信息科學(xué)的發(fā)展中，中國科學(xué)家的研究將會整體進(jìn)入一陣列，有些研究方向甚至?xí)缪萁巧?。因此未?0年，中國科學(xué)家對世界信息技術(shù)的貢獻(xiàn)將會超過以往40年對世界貢獻(xiàn)的總和，這將是中國科學(xué)家大有作為的10年。

袁嵐峰表示，在量子計算領(lǐng)域，中國稍微落后于發(fā)達(dá)國家，不過各有特色；而在精密測量領(lǐng)域，中國整體上落后于發(fā)達(dá)國家，同時發(fā)展迅速。薛其坤表示，“在量子技術(shù)上中國的短板和中國在信息技術(shù)的短板有點類似，所以要加強(qiáng)關(guān)鍵核心元器件這種的技術(shù)材料、設(shè)備的研發(fā)，這都是我們需要解決的一些短板。”

華安證券分析師尹沿枝認(rèn)為，當(dāng)前正處于國家“十四五”規(guī)劃編制的重要窗口期，集體學(xué)習(xí)量子科技，再次凸顯量子科技作為國家戰(zhàn)略的頂層設(shè)計。他表示，量子信息技術(shù)在面向“十四五”乃至更長遠(yuǎn)的未來，有望成為中國在科技產(chǎn)業(yè)中“換道超車”、掌握產(chǎn)業(yè)鏈話語權(quán)的重要核心技術(shù)，具有深遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義。

各國激烈爭奪技術(shù)制高點

正是因為量子技術(shù)所蘊(yùn)含的巨大發(fā)展前景，量子科技領(lǐng)域的國際競爭日益激烈。據(jù)了解，主要科技強(qiáng)國近期均出臺了國家層面的量子信息技術(shù)戰(zhàn)略計劃。美國正在建設(shè)量子網(wǎng)絡(luò)；英國建成了連接布里斯托、劍橋等地的量子網(wǎng)絡(luò)，并聯(lián)合新加坡啟動了量子衛(wèi)星項目；德國、法國等19個歐盟成員國簽署了未來10年開發(fā)和部署歐盟范圍內(nèi)量子通信基礎(chǔ)設(shè)施的聲明。

尹沿枝稱，美國近10年來，已通過“量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”等項目，以每年約2億美元的投入力度，持續(xù)支持量子信息各領(lǐng)域研究。歐盟2016年推出“量子宣言”旗艦計劃，在未來10年投資10億歐元，支持量子計算、通信、模擬和傳感四大領(lǐng)域的研究和應(yīng)用推廣，并在 2018年11月正式啟動*20個研究項目。日本文部科學(xué)省2013年成立量子信息和通信研究促進(jìn)會以及量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)，計劃未來十年內(nèi)投資400億日元，支持量子通信和量子信息領(lǐng)域的研發(fā)。

而美國尤其表現(xiàn)得雄心勃勃。2018年底，美國頒布了《國家量子倡議法案》，宣稱絕不能容忍在量子科技領(lǐng)域落后。2020年7月23日，美國能源部宣布了建設(shè)量子互聯(lián)網(wǎng)的藍(lán)圖。10月7日，美國發(fā)布的《國家量子信息科學(xué)戰(zhàn)略投入的量子前沿報告》宣布，美國將在量子信息科學(xué)領(lǐng)域保持，作為確保美國長期經(jīng)濟(jì)繁榮和國家安全的關(guān)鍵優(yōu)先事項。袁嵐峰說，“這些文件都表明，美國非常重視量子科技，決心用國家的力量大量投入。”

目前，量子科技的競爭并非只局限于政府之間，企業(yè)之間的競爭也非常激烈。潘建偉說，、微軟、IBM、英特爾等國際企業(yè)積極投入量子計算研發(fā)。尹沿枝表示，美國的這些企業(yè)近年來大舉進(jìn)軍量子計算領(lǐng)域，并且與耶魯大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)系統(tǒng)等科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)共性技術(shù)，主要集中在超導(dǎo)量子計算領(lǐng)域，目前這些企業(yè)已經(jīng)在超導(dǎo)量子計算領(lǐng)域取得較好成果。另外，在產(chǎn)業(yè)化方面，IBM發(fā)布超導(dǎo)量子比特的量子計算云平臺。而也推出了72比特的量子計算芯片“狐尾松”。