什麼是量子科技?有何應用前景?它為何成為全球競爭的重點?

2020-11-23 電子工程專輯

量子信息技術則是量子力學的最新發展，代表了正興起的「第二次量子革命」。那麼什麼是量子科技？在現實生活中有何應用前景？各國及科技企業在相關領域的發展態勢如何？gA9EETC-電子工程專輯

量子科技源於量子力學。量子力學發源於20世紀初，是研究物質世界微觀粒子運動規律的物理學分支，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。gA9EETC-電子工程專輯

量子力學中有一些「違背常理」的特點，如著名的難知死活的「薛丁格的貓」等。但相關理論不斷獲得實驗支持，在一百多年裡催生了許多重大發明——原子彈、雷射、電晶體、核磁共振、全球衛星定位系統等，改變了世界面貌。gA9EETC-電子工程專輯

從頂層設計、戰略投資再到人才培養等，全球多國近年來在量子科技領域持續投入。gA9EETC-電子工程專輯

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調辦公室的官方網站，同時發布了《量子前沿報告》。gA9EETC-電子工程專輯

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佔的戰略技術高地。gA9EETC-電子工程專輯

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量子通信：信息安全傳輸的「保護盾」gA9EETC-電子工程專輯

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，兩個處於糾纏狀態的量子就像有「心靈感應」，無論相隔多遠，一個量子狀態變化，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，竊聽者必然被察覺並被通信雙方規避。量子通信因此常被稱作信息安全傳輸的「保護盾」，在保密領域有很大應用前景。gA9EETC-電子工程專輯

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，中國發射了自主研製的世界上首顆空間量子科學實驗衛星「墨子號」；此後，中國科研人員利用量子衛星在國際上率先成功實現了千公裡級的星地雙向量子糾纏分發等成果。2017年，全球首條量子保密通信骨幹網「京滬幹線」項目通過總技術驗收。gA9EETC-電子工程專輯

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了500公裡級真實環境光纖的雙場量子密鑰分發和相位匹配量子密鑰分發，傳輸距離達到509公裡，創造了新的世界紀錄。有關方面9月宣布，郭光燦院士團隊與奧地利同行合作，首次實現了高保真度的32維量子糾纏態，顯著提高了量子通信的信道容量。gA9EETC-電子工程專輯

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量子計算：未來計算技術的「心臟」gA9EETC-電子工程專輯

量子計算是各國優先發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新華社記者：「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。」gA9EETC-電子工程專輯

與傳統計算機相比，量子計算機有獨特優勢。傳統計算機中1個比特在某個時間只能是0或1中的一個狀態，而在量子計算機裡，由於量子疊加態的存在，1個量子比特可同時記錄0和1兩個狀態。因此，量子計算機擁有計算能力遠超傳統計算機的潛力。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模實用。gA9EETC-電子工程專輯

在量子計算賽道，谷歌、微軟、英特爾等西方科技企業擁有先發優勢，通過不同技術路徑不斷實現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》雜誌發表論文稱，基於一個包含54個量子比特的量子晶片開發了量子計算系統，它花費約200秒完成的任務，傳統超級計算機要1萬年才能完成。這在當時被稱作實現了「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計算機，但也有一些業界人士對相關細節提出疑問。gA9EETC-電子工程專輯

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一些階段性成果。百度、阿里巴巴、騰訊、華為等科技企業也相繼出臺了量子計算研究計劃。今年9月，百度、本源量子等企業先後發布了自己的最新量子計算雲平臺，使普通用戶也能通過雲技術使用量子計算。gA9EETC-電子工程專輯

雖然量子計算機距離大規模普及還有很長的路要走，但相關前景廣闊。段潤堯說：「量子計算將極大促進當前人工智慧及其應用的發展，深刻地改變包括基礎教育在內的眾多領域。特別是，藉助於量子計算技術，人類對於微觀世界的認識以及宏觀世界的探索將得到極大擴展，從而引發人類思維能力的根本性提升。」gA9EETC-電子工程專輯

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  • 量子霸權有多恐怖，中美競爭進入生死時速
    2019年9月20日，科技巨頭谷歌研發的量子計算機成功在3分20秒時間內，完成傳統計算機需1萬年時間處理的問題，並聲稱是全球首次實現「量子霸權」。量子霸權到底有多霸道？為何全球紛紛投入巨資研發？我國處於哪個位置？當然，對於谷歌宣稱首先獲得量子霸權，IBM是有異議的，中國和歐洲也有不同的看法，何況量子霸權離距離實際的量子計算機尚有很大距離，當前實現量子霸權絕非易事。我們錯過了兩次工業革命，又在信息革命裡趕了個末班車，這些都還好，落後只是挨打而已。
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    原創 佘惠敏 沈慧 經濟日報近日，一條特別的新聞引起大眾關注：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。量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元。量子力學是描述微觀物理世界的物理理論。
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  • 最近熱議的量子科技，為什麼這麼重要？
    這兩天，量子科技成了大家熱議的話題。10月16日下午，中共中央政治局舉行第二十四次集體學習，主題是「量子科技研究和應用前景」。從大數據到人工智慧、區塊鏈，再到量子科技，近年來，中共中央政治局已經多次就前沿技術的相關問題進行集體學習，這些技術都極具前瞻性，到現在都炙手可熱。
  • 量子科技到底是什麼?
    在國家政策的推動下，量子科技在未來很長一段時間都會有不錯的發展環境。 出品|每日財報作者|劉雨辰日前，中央政治局會議就量子科技研究和應用前景進行了集體學習，並要求加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局。國內發展到什麼程度了從全球範圍內來看，美國對量子通信的理論和實驗研究開始較早，是最先將量子通信技術列入國家戰略、國防和安全研發計劃的國家。1984 年，量子密碼通信概念在美國首次被提出，隨後通過實驗演示、領域嘗試。
  • 2019年中國量子通信行業市場現狀及發展前景分析 利好政策推動...
    量子通信天然適合軍隊量子通信究竟是什麼?相比於傳統通信方式有何不同?為何能獲得軍方的青睞?量子通信有兩種方式，一種是利用量子的不可克隆以及測量的隨機特點生成量子密鑰，另一種是利用量子隱形傳態傳送量子比特。
  • 量子科技對中國有多重要
    來源：環球時報【環球時報記者 倪浩 任重】從2016年「墨子號」量子科學實驗衛星發射升空，更多國人開始關注量子通信這一「黑科技」，到2020年10月16日，中央政治局集中學習，量子科技已成為科技大國集中發力的新一輪科技革命和產業變革前沿陣地。接受《環球時報》記者採訪的中國專家認為，量子科技是真正的未來科技，在複雜的國際競爭中，將擁有不可替代的戰略地位。