不久前，中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行第二十四次集體學習。量子科技成為輿論關注的熱點話題。這一引發廣泛熱議的新晉「網紅」究竟是「何方神聖」，為何會受到全世界高度關注，在現實生活中又有何應用前景？今日我們一起走近量子科技。
認識量子科技先要從量子說起。量子是什麼？根據量子理論，量子是構成物質的最基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可分割。一個事物如果存在最小不可分割的基本單位，我們就可以說它是量子化的，並把最小單位稱為量子。所有人們熟知的分子、原子、電子、光子等微觀粒子，都是量子的一種表現形態。
量子科技為什麼重要？
首先，量子力學建立以後，就成為整個微觀物理學的理論框架，帶來了後者一個又一個的成功。量子力學解釋了化學。元素周期表、化學反應、化學鍵、分子的穩定性等，都是量子力學規律所導致。
量子力學幫助我們理解宇宙。我們的宇宙跨越各種尺度，從光到基本粒子，到原子核，到原子、分子以及大量原子構成的凝聚態物質。量子力學對於認識這些都起了重要的作用，也因此成為現代技術的基礎。
在微觀的尺度上，各種基本力的統一是理論物理的重大問題，依賴於量子力學。其他的未解之謎（如暗物質和暗能量）的解決也依賴於量子力學。
很多天文現象，例如恆星發光、白矮星和脈衝星、太陽中微子的振蕩、宇宙背景輻射，乃至宇宙結構的起源等，都是因為量子力學規律。
很多材料性質，比如導體、絕緣體、磁體、超導等，源於電子的量子行為。量子力學帶來了豐富的技術和應用，深刻地改變了人類的文明和歷史。它讓我們擁有了來自原子核能量這一新能源，也讓我們更有效利用太陽能。核彈影響了世界歷史，核電則是核能的和平利用。
量子力學為信息革命提供了硬體基礎。雷射、半導體電晶體、晶片的原理都源於量子力學。量子力學也使得磁碟和光碟的信息存儲、發光二極體、衛星定位導航等新技術成為可能。沒有量子力學，網際網路和智慧型手機也不會存在。量子力學也為材料科學技術、醫學和生物學提供了分析工具，包括X射線、電子顯微鏡、正電子湮沒、光學和磁共振成像等。
早在20世紀90年代，諾貝爾物理學獎得主萊德曼就指出，量子力學貢獻了當時美國國內生產總值的三分之一。如今這個比例還要更高。對於我國來說，量子科技的市場前景也相當廣闊，且發展速度極快。就我國的量子通信行業而言，2017年市場規模就達180億元，預計到2023年將達805億元。
相較而言，我國在量子計算領域仍處於追趕世界先進水平的階段。而在量子通訊領域，中國已經走在了世界前列。2016年，我國「墨子號」試驗衛星的成功發射標誌著中國量子通信產業化的開端。2017年世界首個遠距離量子保密通信骨幹網「京滬幹線」正式建成開通。與傳統通訊方式相比，量子通訊具有長期性和高安全性的特點，能夠充分滿足政務、國防、金融等敏感領域的信息傳輸保密要求。同時，量子通訊產業也是自近代以來第一個由中國開啟的全新產業，具有裡程碑的意義。
所謂量子通信，簡單說就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。一般情況下，量子體系中一個物理量的值並不能預先確定，而是依賴於採取何種測量基；進一步，對處於量子糾纏的兩個粒子，對其中一個粒子的測量結果會瞬間確定另一個粒子的狀態，不論它們相距多麼遙遠。這一被愛因斯坦稱作「鬼魅般的超距作用」，便是量子通信的理論基礎。
傳統通信方式建立在加密算法或者加密技術基礎之上，如果計算能力足夠強大破解了加密算法，就有被竊聽風險。量子的獨有特性，使其具有不可克隆、測不準等「先天優勢」。用量子做成的「密鑰」來傳遞信息，加密內容不會被破譯，竊聽者必然會被「抓包」，這為破解信息加密「瓶頸」提供了解決方案。
向著安全通信的夢想努力奔跑——我國於2016年8月份發射的「墨子號」量子科學實驗衛星，在2017年星地量子密鑰分發的成碼率已達到10千比特/秒（kbps）量級，成功驗證了星地量子密鑰分發的可行性。目前，經過系統優化，密鑰分發成碼率已經達到100千比特/秒（kbps）量級，具備了初步實用價值。
1120公裡！2020年，「墨子號」量子科學實驗衛星再立新功：科學家們利用「墨子號」作為量子糾纏源，向遙遠的兩地分發量子糾纏，在國際上首次實現了千公裡級基於糾纏的量子密鑰分發——為量子通信走向現實應用奠定了重要基礎。
當今世界正經歷百年未有之大變局，科技創新是其中一個關鍵變量。具體到量子科技領域，我們仍需加強頂層設計與前瞻布局，健全政策支持體系，加快基礎研究突破與關鍵核心技術攻關，培養造就高水平人才隊伍，促進產學研協同創新。這些工作不能僅依靠科技工作者努力奮鬥，更需要有各級黨委和政府的戰略判斷、高度支持與統籌協調，需要各級政府部門高度重視科技創新發展，學習新知識，掌握新動態。
我們期待著，在世界新一輪科技革命與產業變革中，中國能搶佔科技發展國際競爭制高點，構築發展新優勢——量子科技將成為其中最璀璨的明珠之一。
素材來源 | 經濟日報 光明日報 中國網 環球網
編輯 | 顧楊樂
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