今年是量子力學(xué)誕生100周年，聯(lián)合國(guó)教科文組織宣布今年為“國(guó)際量子科學(xué)與技術(shù)年”。

從1900年普朗克提出量子假說(shuō)，到1925年矩陣力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)的誕生標(biāo)志著量子力學(xué)初步形成，量子力學(xué)的建立堪稱(chēng)科學(xué)史上范式革命的典范，不僅為基礎(chǔ)科學(xué)提供了深刻的啟示，還催生了眾多革命性的技術(shù)應(yīng)用。

成功構(gòu)建超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之三號(hào)”、實(shí)現(xiàn)上萬(wàn)公里星地量子通信、成功研制量子磁力儀等量子傳感器……今年以來(lái)，我國(guó)在量子計(jì)算、量子通信、量子測(cè)量等領(lǐng)域不斷取得新突破，進(jìn)一步提高了利用量子技術(shù)獲取、傳輸和處理信息的方式和能力。

量子計(jì)算：加速技術(shù)迭代攻關(guān)

如果把量子科技比作一架“飛機(jī)”，那么量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量則相當(dāng)于飛機(jī)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”“無(wú)線(xiàn)電”和“雷達(dá)”，分別用來(lái)獲取更強(qiáng)算力、更安全通信和更精準(zhǔn)的測(cè)量。

量子計(jì)算的發(fā)展最早可以追溯到上世紀(jì)80年代，隨后幾十年里，理論物理學(xué)家不斷完善其理論基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，量子計(jì)算逐漸從構(gòu)想邁入實(shí)踐，成為國(guó)際科技前沿領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。

今年3月，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)研制的超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之三號(hào)”正式對(duì)外發(fā)布，其處理“量子隨機(jī)線(xiàn)路采樣”問(wèn)題的速度打破超導(dǎo)體系量子計(jì)算優(yōu)越性世界紀(jì)錄，比最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快千萬(wàn)億倍。

量子計(jì)算被認(rèn)為可能是下一代信息革命的關(guān)鍵技術(shù)，量子計(jì)算優(yōu)越性是量子計(jì)算具備應(yīng)用價(jià)值的前提條件。中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員范桁指出，我國(guó)的量子科技正在從實(shí)驗(yàn)室階段的基礎(chǔ)研究向大規(guī)模、可實(shí)用的示范應(yīng)用場(chǎng)景加速過(guò)渡，量子計(jì)算的潛在算力優(yōu)勢(shì)受到金融、航空航天、制藥等行業(yè)的重視。

近日，由科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司等單位聯(lián)合研制的超導(dǎo)量子計(jì)算測(cè)控系統(tǒng)正式交付使用。這一服務(wù)于“祖沖之三號(hào)”的核心設(shè)備，將為我國(guó)后續(xù)研發(fā)更大規(guī)模可糾錯(cuò)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“只有實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)越性，量子計(jì)算機(jī)才能成為‘超強(qiáng)大腦’。”安徽省量子信息工程技術(shù)研究中心主任、科大國(guó)盾研發(fā)總監(jiān)唐世彪介紹，科大國(guó)盾目前正在不斷進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，完善自主可控的量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

量子通信：邁向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣

今年以來(lái)，我國(guó)在量子直接通信技術(shù)上連續(xù)取得突破：刷新百公里量子直接通信速率紀(jì)錄、成功構(gòu)建300公里全連接量子直接通信網(wǎng)絡(luò)、完成模塊級(jí)量子直接通信設(shè)備搭載火箭的發(fā)射與回收驗(yàn)收。

清華大學(xué)教授、北京量子信息科學(xué)研究院副院長(zhǎng)龍桂魯介紹，作為量子通信領(lǐng)域的重要分支，今年以來(lái)的幾項(xiàng)重要成果標(biāo)志著量子直接通信向?qū)嵱没⒕W(wǎng)絡(luò)化、空天化發(fā)展邁出關(guān)鍵一步。

在量子密鑰分發(fā)技術(shù)上，今年中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與國(guó)內(nèi)外多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)合作，在中非相隔12900多公里的距離上通過(guò)衛(wèi)星完成對(duì)圖像數(shù)據(jù)“一次一密”加密和傳輸。國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志在線(xiàn)發(fā)表了這一成果，審稿人稱(chēng)贊其為“向長(zhǎng)距離安全量子通信的現(xiàn)實(shí)飛躍”。

21世紀(jì)初，全球量子信息技術(shù)研究正處于快速起步階段，我國(guó)就已認(rèn)識(shí)到有關(guān)技術(shù)的重要性，憑借技術(shù)領(lǐng)先與基建優(yōu)勢(shì)在量子通信領(lǐng)域占據(jù)戰(zhàn)略主動(dòng)。在范桁等專(zhuān)家看來(lái)，這得益于國(guó)家層面的高度重視和持續(xù)投入，以及科研團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)期積累和持續(xù)攻關(guān)。

“在網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅日益嚴(yán)峻的當(dāng)下，我國(guó)量子通信正在進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣階段，將為金融交易、醫(yī)療數(shù)據(jù)管理、國(guó)家安全等關(guān)鍵領(lǐng)域構(gòu)筑起信息安全防線(xiàn)，助力構(gòu)建可信數(shù)字生態(tài)。”龍桂魯說(shuō)。

量子測(cè)量：探索豐富應(yīng)用場(chǎng)景

今年5月，國(guó)儀量子技術(shù)（合肥）股份有限公司發(fā)布了自主研制的鉆石單自旋傳感器、量子磁力儀、微波場(chǎng)強(qiáng)儀等量子傳感器。

“我們一邊在實(shí)驗(yàn)室里探索前沿科技，把測(cè)量精度指標(biāo)不斷提高，一邊探索豐富應(yīng)用場(chǎng)景。”安徽省量子精密測(cè)量技術(shù)制造業(yè)創(chuàng)新中心主任、國(guó)儀量子技術(shù)（合肥）股份有限公司董事長(zhǎng)賀羽說(shuō)，比如在醫(yī)療領(lǐng)域，測(cè)量心臟磁場(chǎng)的儀器可以對(duì)冠心病進(jìn)行早篩；在工業(yè)領(lǐng)域，可以與鋰電企業(yè)合作進(jìn)行原材料質(zhì)量的篩選控制。

早在20世紀(jì)60年代，我國(guó)就開(kāi)始探索以原子鐘為主的時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，量子精密測(cè)量技術(shù)近年來(lái)已進(jìn)入快速發(fā)展期，走向了產(chǎn)業(yè)化。

今年1月，由南方電網(wǎng)牽頭，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國(guó)電氣裝備西安西電高壓開(kāi)關(guān)有限責(zé)任公司等單位聯(lián)合研制的全球首套±800千伏特高壓直流量子電流傳感器成功落地，標(biāo)志著量子測(cè)量技術(shù)在電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

多位專(zhuān)家表示，盡管我國(guó)量子測(cè)量技術(shù)已取得關(guān)鍵性突破，但與先進(jìn)國(guó)家相比，仍有較大追趕空間。基礎(chǔ)理論的突破仍顯不足，限制了技術(shù)發(fā)展的深度和廣度，在成本控制、應(yīng)用場(chǎng)景深度拓展以及提升市場(chǎng)認(rèn)知與接受度方面仍需持續(xù)努力。

“如果把量子科技的發(fā)展比作是一場(chǎng)‘馬拉松’，我們不僅要有‘領(lǐng)跑’的能力、‘搶跑’的勇氣，更要有‘耐跑’的戰(zhàn)略定力。”范桁說(shuō)。