從頂層設計、戰略投資再到人才培養等，全球多國近年來(lái)在量子科技領(lǐng)域持續投入。那么什么是量子科技？在現實(shí)生活中有何應用前景？各國及科技企業(yè)在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢如何？
解讀量子科技還要從量子力學(xué)說(shuō)起。量子力學(xué)發(fā)源于20世紀初，是研究物質(zhì)世界微觀(guān)粒子運動(dòng)規律的物理學(xué)分支，如果一個(gè)物理量存在最小的不可分割的基本單位，則這個(gè)物理量是量子化的。量子力學(xué)中有一些“違背常理”的特點(diǎn)，如著(zhù)名的難知死活的“薛定諤的貓”等。但相關(guān)理論不斷獲得實(shí)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、全球衛星定位系統等，改變了世界面貌。
量子信息技術(shù)則是量子力學(xué)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(shù)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(dòng)向是在10月7日，白宮科學(xué)和技術(shù)政策辦公室啟用了國家量子協(xié)調辦公室的官方網(wǎng)站，同時(shí)發(fā)布了《量子前沿報告》。
在量子信息技術(shù)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(diǎn)搶占的戰略技術(shù)高地。
量子通信：信息安全傳輸的“保護盾”
量子通信是利用量子力學(xué)相關(guān)原理解決信息安全問(wèn)題的通信技術(shù)。其中一個(gè)著(zhù)名原理就是量子糾纏，兩個(gè)處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應”，無(wú)論相隔多遠，一個(gè)量子狀態(tài)變化，另一個(gè)也會(huì )隨之改變，愛(ài)因斯坦稱(chēng)之為“鬼魅般的超距作用”。傳統的通信方式有被竊聽(tīng)的風(fēng)險，而在量子通信中，竊聽(tīng)者必然被察覺(jué)并被通信雙方規避。量子通信因此常被稱(chēng)作信息安全傳輸的“保護盾”，在保密領(lǐng)域有很大應用前景。
近年來(lái)，中國量子通信技術(shù)取得多項突破性進(jìn)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(xué)實(shí)驗衛星“墨子號”；此后，中國科研人員利用量子衛星在國際上率先成功實(shí)現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(xiàn)”項目通過(guò)總技術(shù)驗收。
今年以來(lái)，在量子通信領(lǐng)域中國學(xué)者“捷報頻傳”。有關(guān)方面3月宣布，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊等研究人員實(shí)現了500公里級真實(shí)環(huán)境光纖的雙場(chǎng)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(guān)方面9月宣布，郭光燦院士團隊與奧地利同行合作，首次實(shí)現了高保真度的32維量子糾纏態(tài)，顯著(zhù)提高了量子通信的信道容量。
量子計算：未來(lái)計算技術(shù)的“心臟”
量子計算是各國優(yōu)先發(fā)展的另一重點(diǎn)科技領(lǐng)域。百度研究院量子計算研究所所長(cháng)段潤堯告訴新華社記者：“量子計算是這一場(chǎng)新量子革命最具有代表性的技術(shù)，是未來(lái)計算技術(shù)的心臟?！?/p>
與傳統計算機相比，量子計算機有獨特優(yōu)勢。傳統計算機中1個(gè)比特在某個(gè)時(shí)間只能是0或1中的一個(gè)狀態(tài)，而在量子計算機里，由于量子疊加態(tài)的存在，1個(gè)量子比特可同時(shí)記錄0和1兩個(gè)狀態(tài)。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(lèi)能同時(shí)操縱的量子比特還不多，量子計算機尚未走向大規模實(shí)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(guò)不同技術(shù)路徑不斷實(shí)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》雜志發(fā)表論文稱(chēng)，基于一個(gè)包含54個(gè)量子比特的量子芯片開(kāi)發(fā)了量子計算系統，它花費約200秒完成的任務(wù)，傳統超級計算機要1萬(wàn)年才能完成。這在當時(shí)被稱(chēng)作實(shí)現了“量子霸權”，即讓量子計算機在某個(gè)特定問(wèn)題上的計算能力超過(guò)傳統計算機，但也有一些業(yè)界人士對相關(guān)細節提出疑問(wèn)。
中國研究人員也在量子計算方面奮起直追。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)等高校近年來(lái)都在量子計算領(lǐng)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(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(hù)也能通過(guò)云技術(shù)使用量子計算。
雖然量子計算機距離大規模普及還有很長(cháng)的路要走，但相關(guān)前景廣闊。段潤堯說(shuō)：“量子計算將極大促進(jìn)當前人工智能及其應用的發(fā)展，深刻地改變包括基礎教育在內的眾多領(lǐng)域。特別是，借助于量子計算技術(shù)，人類(lèi)對于微觀(guān)世界的認識以及宏觀(guān)世界的探索將得到極大擴展，從而引發(fā)人類(lèi)思維能力的根本性提升?！?/p>
