世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”、世界首臺(tái)單光子量子計(jì)算機(jī)....。.近年來(lái)，隨著中國(guó)量子科技的發(fā)展，“量子”這個(gè)神秘的概念逐漸走進(jìn)公眾視野。

與此同時(shí)，這一象征著新一輪科技革命的前沿領(lǐng)域，也吸引不少全球主要經(jīng)濟(jì)體競(jìng)相從頂層設(shè)計(jì)、戰(zhàn)略投資、人才培養(yǎng)等層面下“先手棋”。那么，什么是量子科技，為何它如此重要?量子科技又有哪些潛在應(yīng)用前景?

什么是量子科技？

量子科技，顧名思義，即圍繞量子研究衍生的科學(xué)技術(shù)。從現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展史看，量子有關(guān)概念的提出最早可追溯到19世紀(jì)末至20世紀(jì)初。

彼時(shí)，一些歐洲物理研究者認(rèn)為，從牛頓力學(xué)到熱力學(xué)、電磁理論，人類的“物理學(xué)大廈”已全部落成，鮮有展開研究的余地。但隨著德國(guó)物理學(xué)家馬克斯·普朗克在1900年提出了量子理論，經(jīng)典物理學(xué)迎來(lái)了一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的革命。最終，量子理論與相對(duì)論一起，構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)兩大支柱。

根據(jù)量子理論，量子是最小的、不可再分割的能量單位，研究量子即研究物質(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。但有意思的是，量子的狀態(tài)和位置可謂變化莫測(cè)，甚至還有些“違背常理”，如著名的難知死活的“薛定諤的貓”即一典型實(shí)驗(yàn)。

百余年來(lái)，基于量子理論，核能、激光、半導(dǎo)體、芯片等科技得以問世，進(jìn)而發(fā)展出計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)等人類社會(huì)的重大應(yīng)用。而近年來(lái)，量子領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)、新理論、新技術(shù)如雨后春筍般涌現(xiàn)，更預(yù)示著量子領(lǐng)域已進(jìn)入加速發(fā)展的新浪潮。

量子科技為何如此重要？

針對(duì)近年來(lái)量子領(lǐng)域的迅速發(fā)展，中國(guó)科學(xué)院院士郭光燦曾強(qiáng)調(diào)，未來(lái)圍繞量子通信、量子計(jì)算和量子測(cè)量三大領(lǐng)域展開的創(chuàng)新應(yīng)用將是關(guān)鍵。

業(yè)界觀點(diǎn)普遍認(rèn)為，量子應(yīng)用具有顯著優(yōu)勢(shì)：量子通信可在理論上做到通信的絕對(duì)保密;量子計(jì)算可實(shí)現(xiàn)運(yùn)算的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，幾秒鐘即可破解傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需數(shù)萬(wàn)年才能破解的復(fù)雜密碼;量子測(cè)量可達(dá)到原子量級(jí)，而傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)最小只能探測(cè)到微米量級(jí)....。.

在新技術(shù)前景的推動(dòng)下，全球主要經(jīng)濟(jì)體都在競(jìng)相出臺(tái)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略，并將其視為搶占經(jīng)濟(jì)、軍事、安全等領(lǐng)域全方位優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

2018年，美國(guó)通過《國(guó)家量子計(jì)劃法案》，制定量子科技長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略，并斥資12.75億美元開展量子信息科技研究等;同年，歐盟為期10年的10億歐元“量子旗艦計(jì)劃”也正式啟動(dòng)。俄羅斯也不甘落后，于2019年通過了國(guó)家量子技術(shù)發(fā)展路線圖，其提議的計(jì)劃總預(yù)算為511億盧布。此外，日本、英國(guó)、新加坡、澳大利亞等國(guó)亦雄心勃勃，已陸續(xù)推出量子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃。

量子科技進(jìn)入“商業(yè)化前夜”？

刻下，“量子概念”正處在時(shí)代“風(fēng)口”。從當(dāng)前有關(guān)研究進(jìn)展看，盡管量子科技離進(jìn)入大規(guī)模普及還有很長(zhǎng)一段路要走，但相關(guān)前景廣闊。

以量子計(jì)算為例，根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)公司(IDC)預(yù)測(cè)，到2027年，全球量子計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到107億美元，與2017年相比，10年內(nèi)增長(zhǎng)超過40倍。波士頓咨詢公司預(yù)計(jì)，到2030年，量子計(jì)算市場(chǎng)的潛力將超過500億美元。

從應(yīng)用前景上看，量子計(jì)算有望在研發(fā)新藥、破解密碼、能源勘探、氣象預(yù)報(bào)、金融分析以及人工智能等領(lǐng)域大顯身手。量子通信方面，信息系統(tǒng)的安全性將大幅提升，同時(shí)，隨著量子通信帶寬的增加以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋的加深，量子互聯(lián)網(wǎng)，以及基于圖片、視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)等傳輸形式的應(yīng)用將出現(xiàn)。量子測(cè)量則可以在地形測(cè)繪、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、傳感器等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

值得一提的是，當(dāng)前中國(guó)量子技術(shù)研究已在全球版圖中占據(jù)重要位置。尤其在量子通信，中國(guó)已基本處于國(guó)際領(lǐng)先水平。但也應(yīng)看到，中國(guó)量子科技在支撐設(shè)備、關(guān)鍵核心元器件等仍存在不少短板。對(duì)此，中國(guó)官方亦在持續(xù)加碼相關(guān)投入，并將量子科技納入“十四五”乃至更長(zhǎng)時(shí)期里重點(diǎn)布局的前沿科技領(lǐng)域。

可以預(yù)見，隨著全球主要經(jīng)濟(jì)體“量子計(jì)劃”的戰(zhàn)鼓相繼敲響，在時(shí)代風(fēng)口、國(guó)家政策、資本等多重助力下，量子科技大規(guī)模應(yīng)用推廣或許就在不遠(yuǎn)的將來(lái)。(作者 劉亮 張穎)