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(xué)習(xí)，主題是“量子科技研究和應(yīng)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(shù)的相關(guān)問題進(jìn)行集體學(xué)習(xí)，這些技術(shù)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(shù)”？如何在量子科技領(lǐng)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(xué)說起。
量子力學(xué)發(fā)源于20世紀(jì)初，許多科學(xué)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(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)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。
▲物理學(xué)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(yīng)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(shí)處于生和死兩種狀態(tài)的疊加。這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)量子力學(xué)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(xué)”：“遇事不決，量子力學(xué)。”
不過，調(diào)侃歸調(diào)侃，“量子力學(xué)”是今天被驗(yàn)證的最嚴(yán)密的物理理論之一，至今為止，所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均無法推翻“量子力學(xué)”。
量子力學(xué)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(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”。在量子信息技術(shù)中，具有代表性的是量子通信和量子計(jì)算。
量子科技有多牛？
谷歌曾稱，其研發(fā)的量子計(jì)算機(jī)成功在3分20秒時(shí)間內(nèi)，完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需1萬年時(shí)間處理的問題，并聲稱是全球首次實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”；清華大學(xué)副校長、中國科學(xué)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(shè)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(lǐng)域的現(xiàn)象還未得到科學(xué)解釋：超導(dǎo)體，完全屏蔽磁場；超流體，內(nèi)部摩擦力為零；時(shí)間晶體，經(jīng)典時(shí)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(yīng)；單原子酶催化，背后量子隧穿現(xiàn)象等等?？梢哉f，量子科技就是人類科學(xué)認(rèn)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(jìn)，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。加快發(fā)展量子科技，對促進(jìn)高質(zhì)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(jì)算機(jī)的計(jì)算能力提高，通信更快，還有傳感技術(shù)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(shù)、量子技術(shù)起到真正革命性的支撐作用，其他的技術(shù)都是漸進(jìn)性的發(fā)展。
各國在量子科技領(lǐng)域有怎樣的發(fā)展？
現(xiàn)階段，量子科技領(lǐng)域的國際競爭日益激烈，許多國家啟動(dòng)了量子科技戰(zhàn)略計(jì)劃。
近期，歐盟擬投資80億歐元支持新一代超級計(jì)算技術(shù)，量子計(jì)算是其中重要內(nèi)容；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(diào)辦公室的官方網(wǎng)站，同時(shí)發(fā)布了《量子前沿報(bào)告》；近日德國公布量子計(jì)算機(jī)計(jì)劃，預(yù)計(jì)2021年可投入使用；日本作為全球科技強(qiáng)國同樣不甘落后，為實(shí)現(xiàn)量子領(lǐng)域逆襲，將大力培養(yǎng)“量子人才”。
▲“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星與阿里量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)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(gè)戰(zhàn)略方向上實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑或進(jìn)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(jì)錄；發(fā)射世界首顆量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，實(shí)現(xiàn)千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)三大科學(xué)目標(biāo)；開通世界首條量子保密通信干線“京滬干線”，實(shí)現(xiàn)世界首次洲際量子保密通信。
如何在量子科技領(lǐng)域加快發(fā)展？
頂層設(shè)計(jì)和政策支持。堅(jiān)持創(chuàng)新自信，敢啃硬骨頭，要保證對量子科技領(lǐng)域的資金投入，同時(shí)帶動(dòng)地方、企業(yè)、社會加大投入力度。
人才隊(duì)伍是關(guān)鍵。北京量子院超導(dǎo)量子的科研帶頭人于海峰表示：“在量子科技領(lǐng)域，一方面需要善于統(tǒng)籌的領(lǐng)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(jìn)產(chǎn)學(xué)研的深度融合和協(xié)同創(chuàng)新。于海峰說：“比如超導(dǎo)量子計(jì)算，某種程度上來說已經(jīng)進(jìn)入到科學(xué)工程化了，單一的高校實(shí)驗(yàn)室或者研究所的實(shí)驗(yàn)室不太適合發(fā)展，需要一個(gè)比較大的團(tuán)隊(duì)在整合材料科學(xué)、微納米加工、低溫微波工程、軟件、電子學(xué)儀表方面，需要協(xié)同攻關(guān)，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(guān)，進(jìn)行量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)。”
突破關(guān)鍵核心技術(shù)。量子科技發(fā)展取決于基礎(chǔ)理論研究的突破，顛覆性技術(shù)的形成是個(gè)厚積薄發(fā)的過程。要加大關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，不畏艱難險(xiǎn)阻，勇攀科學(xué)高峰，在量子科技領(lǐng)域再取得一批高水平原創(chuàng)成果。
經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。要系統(tǒng)總結(jié)我國量子科技發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)，借鑒國外的有益做法，找準(zhǔn)我國量子科技發(fā)展的切入點(diǎn)和突破口，搶占量子科技國際競爭制高點(diǎn)，構(gòu)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(jī)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(diǎn)領(lǐng)域》，央廣網(wǎng)，2020年10月19日
《加快發(fā)展量子科技：聽科學(xué)家說如何“補(bǔ)短板”》，光明日報(bào)，2020年10月20日
《量子科技站上風(fēng)口，神秘的“量子”到底是什么？》，每日經(jīng)濟(jì)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(xué)習(xí)，主題是“量子科技研究和應(yīng)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(shù)的相關(guān)問題進(jìn)行集體學(xué)習(xí)，這些技術(shù)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(shù)”？如何在量子科技領(lǐng)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(xué)說起。
量子力學(xué)發(fā)源于20世紀(jì)初，許多科學(xué)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(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)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。
我們應(yīng)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(shí)處于生和死兩種狀態(tài)的疊加。這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)量子力學(xué)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(xué)”：“遇事不決，量子力學(xué)。”
不過，調(diào)侃歸調(diào)侃，“量子力學(xué)”是今天被驗(yàn)證的最嚴(yán)密的物理理論之一，至今為止，所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均無法推翻“量子力學(xué)”。
量子力學(xué)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(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”。在量子信息技術(shù)中，具有代表性的是量子通信和量子計(jì)算。
量子科技有多牛？
谷歌曾稱，其研發(fā)的量子計(jì)算機(jī)成功在3分20秒時(shí)間內(nèi)，完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需1萬年時(shí)間處理的問題，并聲稱是全球首次實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”；清華大學(xué)副校長、中國科學(xué)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(shè)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(lǐng)域的現(xiàn)象還未得到科學(xué)解釋：超導(dǎo)體，完全屏蔽磁場；超流體，內(nèi)部摩擦力為零；時(shí)間晶體，經(jīng)典時(shí)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(yīng)；單原子酶催化，背后量子隧穿現(xiàn)象等等?？梢哉f，量子科技就是人類科學(xué)認(rèn)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(jìn)，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。加快發(fā)展量子科技，對促進(jìn)高質(zhì)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(jì)算機(jī)的計(jì)算能力提高，通信更快，還有傳感技術(shù)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(shù)、量子技術(shù)起到真正革命性的支撐作用，其他的技術(shù)都是漸進(jìn)性的發(fā)展。
各國在量子科技領(lǐng)域有怎樣的發(fā)展？
現(xiàn)階段，量子科技領(lǐng)域的國際競爭日益激烈，許多國家啟動(dòng)了量子科技戰(zhàn)略計(jì)劃。
近期，歐盟擬投資80億歐元支持新一代超級計(jì)算技術(shù)，量子計(jì)算是其中重要內(nèi)容；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(diào)辦公室的官方網(wǎng)站，同時(shí)發(fā)布了《量子前沿報(bào)告》；近日德國公布量子計(jì)算機(jī)計(jì)劃，預(yù)計(jì)2021年可投入使用；日本作為全球科技強(qiáng)國同樣不甘落后，為實(shí)現(xiàn)量子領(lǐng)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(gè)戰(zhàn)略方向上實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑或進(jìn)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(jì)錄；發(fā)射世界首顆量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，實(shí)現(xiàn)千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)三大科學(xué)目標(biāo)；開通世界首條量子保密通信干線“京滬干線”，實(shí)現(xiàn)世界首次洲際量子保密通信。
如何在量子科技領(lǐng)域加快發(fā)展？
頂層設(shè)計(jì)和政策支持。堅(jiān)持創(chuàng)新自信，敢啃硬骨頭，要保證對量子科技領(lǐng)域的資金投入，同時(shí)帶動(dòng)地方、企業(yè)、社會加大投入力度。
人才隊(duì)伍是關(guān)鍵。北京量子院超導(dǎo)量子的科研帶頭人于海峰表示：“在量子科技領(lǐng)域，一方面需要善于統(tǒng)籌的領(lǐng)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(jìn)產(chǎn)學(xué)研的深度融合和協(xié)同創(chuàng)新。于海峰說：“比如超導(dǎo)量子計(jì)算，某種程度上來說已經(jīng)進(jìn)入到科學(xué)工程化了，單一的高校實(shí)驗(yàn)室或者研究所的實(shí)驗(yàn)室不太適合發(fā)展，需要一個(gè)比較大的團(tuán)隊(duì)在整合材料科學(xué)、微納米加工、低溫微波工程、軟件、電子學(xué)儀表方面，需要協(xié)同攻關(guān)，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(guān)，進(jìn)行量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)。”
突破關(guān)鍵核心技術(shù)。量子科技發(fā)展取決于基礎(chǔ)理論研究的突破，顛覆性技術(shù)的形成是個(gè)厚積薄發(fā)的過程。要加大關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，不畏艱難險(xiǎn)阻，勇攀科學(xué)高峰，在量子科技領(lǐng)域再取得一批高水平原創(chuàng)成果。
經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。要系統(tǒng)總結(jié)我國量子科技發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)，借鑒國外的有益做法，找準(zhǔn)我國量子科技發(fā)展的切入點(diǎn)和突破口，搶占量子科技國際競爭制高點(diǎn)，構(gòu)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(jī)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(diǎn)領(lǐng)域》，央廣網(wǎng)，2020年10月19日
《加快發(fā)展量子科技：聽科學(xué)家說如何“補(bǔ)短板”》，光明日報(bào)，2020年10月20日
《量子科技站上風(fēng)口，神秘的“量子”到底是什么？》，每日經(jīng)濟(jì)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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