神秘的量子科技，你了解嗎？|思客問答
2020-10-21 11:29:49
來源：新華網(wǎng)思客綜合
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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(shù)據(jù)到人工智能、區(qū)塊鏈，再到量子科技，近年來，中共中央政治局已經(jīng)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(xiàn)在都炙手可熱。
那什么是量子科技？量子科技有多牛？在生活中哪些會用到這種“科幻般的技術”？如何在量子科技領域加快發(fā)展？
量子科技是什么？
要搞懂量子科技，還要從量子力學說起。
量子力學發(fā)源于20世紀初，許多科學家——普朗克、愛因斯坦、玻爾、海森堡、薛定諤等為之著迷，它是研究物質世界微觀粒子運動規(guī)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。
▲物理學家薛定諤曾用一只貓比喻量子疊加。圖片來源：視覺中國
我們應該都聽過“薛定諤的貓”：箱子里有一只貓，在宏觀世界中它要么是活的，要么是死的。但在量子世界中，它可以同時處于生和死兩種狀態(tài)的疊加。這個實驗只是通過宏觀角度的貓來為我們解釋微觀世界的疊加狀態(tài)，這就是一個量子力學的故事，讓很多人猜不著摸不透，人們常常用一句半開玩笑的話來形容“量子力學”：“遇事不決，量子力學。”
不過，調侃歸調侃，“量子力學”是今天被驗證的最嚴密的物理理論之一，至今為止，所有的實驗數(shù)據(jù)均無法推翻“量子力學”。
量子力學建立100多年，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(wèi)星定位系統(tǒng)等，改變了世界面貌。
量子信息技術則是量子力學的最新發(fā)展，代表了正興起的“第二次量子革命”。在量子信息技術中，具有代表性的是量子通信和量子計算。
量子科技有多牛？
谷歌曾稱，其研發(fā)的量子計算機成功在3分20秒時間內，完成傳統(tǒng)計算機需1萬年時間處理的問題，并聲稱是全球首次實現(xiàn)“量子霸權”；清華大學副校長、中國科學院院士薛其坤說，目前全球一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要百億TB的存儲量才能完成，而未來的量子存儲設備，可能只需指甲蓋大小就能存儲人類幾百年的信息數(shù)據(jù)……
而更多量子領域的現(xiàn)象還未得到科學解釋：超導體，完全屏蔽磁場；超流體，內部摩擦力為零；時間晶體，經(jīng)典時空對稱破缺；不用光的反射成像；可以通過光改變引力為斥力的卡西米爾效應；單原子酶催化，背后量子隧穿現(xiàn)象等等。可以說，量子科技就是人類科學認知的極限，會讓你的想象力都開始顯得匱乏……
加快發(fā)展量子科技，為什么這么重要？
近年來，量子科技發(fā)展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領域。加快發(fā)展量子科技，對促進高質量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用。
薛其坤表示，量子科技在未來不但使我們計算機的計算能力提高，通信更快，還有傳感技術更靈敏，信息精度越來越精確，這些方面都會有大幅的提高。對未來的數(shù)字技術、量子技術起到真正革命性的支撐作用，其他的技術都是漸進性的發(fā)展。
各國在量子科技領域有怎樣的發(fā)展？
現(xiàn)階段，量子科技領域的國際競爭日益激烈，許多國家啟動了量子科技戰(zhàn)略計劃。
近期，歐盟擬投資80億歐元支持新一代超級計算技術，量子計算是其中重要內容；美國也一直支持量子科技發(fā)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(xié)調辦公室的官方網(wǎng)站，同時發(fā)布了《量子前沿報告》；近日德國公布量子計算機計劃，預計2021年可投入使用；日本作為全球科技強國同樣不甘落后，為實現(xiàn)量子領域逆襲，將大力培養(yǎng)“量子人才”。
▲“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星與阿里量子隱形傳態(tài)實驗平臺建立天地鏈路（2016年12月9日攝，合成照片）。新華社記者金立旺攝
經(jīng)過三十多年努力，中國已崛起為國際量子科研版圖上的重要力量，在多個戰(zhàn)略方向上實現(xiàn)領跑或進入第一陣營。近年來，我國多次創(chuàng)造量子比特糾纏數(shù)量的世界紀錄；發(fā)射世界首顆量子實驗衛(wèi)星“墨子號”，實現(xiàn)千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)三大科學目標；開通世界首條量子保密通信干線“京滬干線”，實現(xiàn)世界首次洲際量子保密通信。
如何在量子科技領域加快發(fā)展？
頂層設計和政策支持。堅持創(chuàng)新自信，敢啃硬骨頭，要保證對量子科技領域的資金投入，同時帶動地方、企業(yè)、社會加大投入力度。
人才隊伍是關鍵。北京量子院超導量子的科研帶頭人于海峰表示：“在量子科技領域，一方面需要善于統(tǒng)籌的領軍人才；另一方面需要敢闖‘無人區(qū)’的青年人才。”
量子科技發(fā)展還要促進產(chǎn)學研的深度融合和協(xié)同創(chuàng)新。于海峰說：“比如超導量子計算，某種程度上來說已經(jīng)進入到科學工程化了，單一的高校實驗室或者研究所的實驗室不太適合發(fā)展，需要一個比較大的團隊在整合材料科學、微納米加工、低溫微波工程、軟件、電子學儀表方面，需要協(xié)同攻關，讓企業(yè)參與，谷歌和IBM的成功就是這方面的典型范例。我們也要跟優(yōu)秀企業(yè)協(xié)同攻關，進行量子計算機的研發(fā)。”
突破關鍵核心技術。量子科技發(fā)展取決于基礎理論研究的突破，顛覆性技術的形成是個厚積薄發(fā)的過程。要加大關鍵核心技術攻關，不畏艱難險阻，勇攀科學高峰，在量子科技領域再取得一批高水平原創(chuàng)成果。
經(jīng)驗總結。要系統(tǒng)總結我國量子科技發(fā)展的成功經(jīng)驗，借鑒國外的有益做法，找準我國量子科技發(fā)展的切入點和突破口，搶占量子科技國際競爭制高點，構筑發(fā)展新優(yōu)勢。
未來，量子科技會徹底改變我們的生活，給社會帶來巨大的紅利，就像10多年前，我們不會想到現(xiàn)在的手機會有這么多的功能，會給生活帶來這么多的可能性，讓我們拭目以待吧！
參考資料：
《科普：量子是什么？從“微觀世界規(guī)律”到人類“新物理革命”》，新華網(wǎng)，2020年10月19日
《量子科技意味著什么？》，騰訊網(wǎng)，2020年10月19日
《量子科技為何成為多國戰(zhàn)略布局的重點領域》，央廣網(wǎng)，2020年10月19日
《加快發(fā)展量子科技：聽科學家說如何“補短板”》，光明日報，2020年10月20日
《量子科技站上風口，神秘的“量子”到底是什么？》，每日經(jīng)濟新聞，2020年10月20日
策劃：劉娟
監(jiān)制：李曉云
編輯：孫惠
校對：周佳苗
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(shù)據(jù)到人工智能、區(qū)塊鏈，再到量子科技，近年來，中共中央政治局已經(jīng)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(xiàn)在都炙手可熱。
那什么是量子科技？量子科技有多牛？在生活中哪些會用到這種“科幻般的技術”？如何在量子科技領域加快發(fā)展？
量子科技是什么？
要搞懂量子科技，還要從量子力學說起。
量子力學發(fā)源于20世紀初，許多科學家——普朗克、愛因斯坦、玻爾、海森堡、薛定諤等為之著迷，它是研究物質世界微觀粒子運動規(guī)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。
我們應該都聽過“薛定諤的貓”：箱子里有一只貓，在宏觀世界中它要么是活的，要么是死的。但在量子世界中，它可以同時處于生和死兩種狀態(tài)的疊加。這個實驗只是通過宏觀角度的貓來為我們解釋微觀世界的疊加狀態(tài)，這就是一個量子力學的故事，讓很多人猜不著摸不透，人們常常用一句半開玩笑的話來形容“量子力學”：“遇事不決，量子力學。”
不過，調侃歸調侃，“量子力學”是今天被驗證的最嚴密的物理理論之一，至今為止，所有的實驗數(shù)據(jù)均無法推翻“量子力學”。
量子力學建立100多年，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(wèi)星定位系統(tǒng)等，改變了世界面貌。
量子信息技術則是量子力學的最新發(fā)展，代表了正興起的“第二次量子革命”。在量子信息技術中，具有代表性的是量子通信和量子計算。
量子科技有多牛？
谷歌曾稱，其研發(fā)的量子計算機成功在3分20秒時間內，完成傳統(tǒng)計算機需1萬年時間處理的問題，并聲稱是全球首次實現(xiàn)“量子霸權”；清華大學副校長、中國科學院院士薛其坤說，目前全球一年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要百億TB的存儲量才能完成，而未來的量子存儲設備，可能只需指甲蓋大小就能存儲人類幾百年的信息數(shù)據(jù)……
而更多量子領域的現(xiàn)象還未得到科學解釋：超導體，完全屏蔽磁場；超流體，內部摩擦力為零；時間晶體，經(jīng)典時空對稱破缺；不用光的反射成像；可以通過光改變引力為斥力的卡西米爾效應；單原子酶催化，背后量子隧穿現(xiàn)象等等。可以說，量子科技就是人類科學認知的極限，會讓你的想象力都開始顯得匱乏……
加快發(fā)展量子科技，為什么這么重要？
近年來，量子科技發(fā)展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領域。加快發(fā)展量子科技，對促進高質量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用。
薛其坤表示，量子科技在未來不但使我們計算機的計算能力提高，通信更快，還有傳感技術更靈敏，信息精度越來越精確，這些方面都會有大幅的提高。對未來的數(shù)字技術、量子技術起到真正革命性的支撐作用，其他的技術都是漸進性的發(fā)展。
各國在量子科技領域有怎樣的發(fā)展？
現(xiàn)階段，量子科技領域的國際競爭日益激烈，許多國家啟動了量子科技戰(zhàn)略計劃。
近期，歐盟擬投資80億歐元支持新一代超級計算技術，量子計算是其中重要內容；美國也一直支持量子科技發(fā)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(xié)調辦公室的官方網(wǎng)站，同時發(fā)布了《量子前沿報告》；近日德國公布量子計算機計劃，預計2021年可投入使用；日本作為全球科技強國同樣不甘落后，為實現(xiàn)量子領域逆襲，將大力培養(yǎng)“量子人才”。
經(jīng)過三十多年努力，中國已崛起為國際量子科研版圖上的重要力量，在多個戰(zhàn)略方向上實現(xiàn)領跑或進入第一陣營。近年來，我國多次創(chuàng)造量子比特糾纏數(shù)量的世界紀錄；發(fā)射世界首顆量子實驗衛(wèi)星“墨子號”，實現(xiàn)千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)三大科學目標；開通世界首條量子保密通信干線“京滬干線”，實現(xiàn)世界首次洲際量子保密通信。
如何在量子科技領域加快發(fā)展？
頂層設計和政策支持。堅持創(chuàng)新自信，敢啃硬骨頭，要保證對量子科技領域的資金投入，同時帶動地方、企業(yè)、社會加大投入力度。
人才隊伍是關鍵。北京量子院超導量子的科研帶頭人于海峰表示：“在量子科技領域，一方面需要善于統(tǒng)籌的領軍人才；另一方面需要敢闖‘無人區(qū)’的青年人才。”
量子科技發(fā)展還要促進產(chǎn)學研的深度融合和協(xié)同創(chuàng)新。于海峰說：“比如超導量子計算，某種程度上來說已經(jīng)進入到科學工程化了，單一的高校實驗室或者研究所的實驗室不太適合發(fā)展，需要一個比較大的團隊在整合材料科學、微納米加工、低溫微波工程、軟件、電子學儀表方面，需要協(xié)同攻關，讓企業(yè)參與，谷歌和IBM的成功就是這方面的典型范例。我們也要跟優(yōu)秀企業(yè)協(xié)同攻關，進行量子計算機的研發(fā)。”
突破關鍵核心技術。量子科技發(fā)展取決于基礎理論研究的突破，顛覆性技術的形成是個厚積薄發(fā)的過程。要加大關鍵核心技術攻關，不畏艱難險阻，勇攀科學高峰，在量子科技領域再取得一批高水平原創(chuàng)成果。
經(jīng)驗總結。要系統(tǒng)總結我國量子科技發(fā)展的成功經(jīng)驗，借鑒國外的有益做法，找準我國量子科技發(fā)展的切入點和突破口，搶占量子科技國際競爭制高點，構筑發(fā)展新優(yōu)勢。
未來，量子科技會徹底改變我們的生活，給社會帶來巨大的紅利，就像10多年前，我們不會想到現(xiàn)在的手機會有這么多的功能，會給生活帶來這么多的可能性，讓我們拭目以待吧！
參考資料：
《科普：量子是什么？從“微觀世界規(guī)律”到人類“新物理革命”》，新華網(wǎng)，2020年10月19日
《量子科技意味著什么？》，騰訊網(wǎng)，2020年10月19日
《量子科技為何成為多國戰(zhàn)略布局的重點領域》，央廣網(wǎng)，2020年10月19日
《加快發(fā)展量子科技：聽科學家說如何“補短板”》，光明日報，2020年10月20日
《量子科技站上風口，神秘的“量子”到底是什么？》，每日經(jīng)濟新聞，2020年10月20日
策劃：劉娟
監(jiān)制：李曉云
編輯：孫惠
校對：周佳苗
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