繼5G之後，又一個新鮮的名詞引起大家的關注——量子科技。從頂層設計、戰略投資再到人才培養……近年來，全球多國在量子科技領域持續投入。什麼是量子科技？在量子科技賽道中，中國處在什麼位置？
到底什麼是量子科技？
我們先從反面的角度認識一下什麼“不是”量子科技。
“所有賣給普通老百姓的，能直接在線上線下的商店中，看到的明碼標價的所有前綴中有‘量子’兩個字的科技產品或者服務，都不是量子科技。毫無例外。” 中國科普作協成員汪詰表示。
據汪詰介紹，量子科技到目前為止，還沒有任何成熟的可以大規模商用的產品落地。世界上也確實存在量子科技的產品，但它們的銷售對象是世界上極少數一些做科研的單位。
那麼，到底什麼是量子科技？
先做一個基本的名詞解釋，在“量子科技”這個語境下所指的“量子”的意思是“能量的最小單位”，它通常是一類“基本粒子”的統稱，最常指的是電子和光子。
量子科技是量子物理與信息技術相結合發展起來的新學科，它是以量子力學為基礎，把量子系統“狀態”所帶有的物理信息，進行信息編碼、計算和傳輸的全新信息技術。
就目前來說，世界上可以接近實用的量子科技有三個主要的應用方向，分別是量子保密通信、量子計算機和量子傳感器。
應用方向1：量子保密通信
量子保密通信是利用量子的某些特性來防止通信被竊聽的技術。
隨著量子力學的不斷深入發展，科學家們找到了從理論上可以徹底杜絕通信內容被竊取的方法，而且方法還不止一種。它的具體應用成果就稱為“量子保密通信”，可以保證通信內容不會被第三方竊聽。
應用方向2：量子計算機
量子計算機是運行原理與傳統電子計算機完全不同的一種通用計算設備。
全世界目前最先進的量子計算機之一是谷歌公司在今年8月28日登上頂級期刊《科學》雜誌的那臺量子計算機，他們成功用12個量子比特，模擬了二氮稀這種物質的異構化反應。這是一個非常重大的成就，讓量子計算機向實用型計算設備又邁進了一步。這臺量子計算機最多可以操控53個量子比特。
應用方向3：量子傳感器
量子傳感器就是利用量子效應設計的傳感裝置。
量子態對環境變化異常敏感，這對於量子計算機來說是個很糟糕的特徵，但對於傳感器來說，就是一個極佳的特徵。科學家們正是利用了量子的這種超高敏感性，可以對電磁場、溫度、壓力、慣性等物理量進行超高精度的測量。
相比於量子保密通信、量子計算機，量子傳感器似乎不太起眼，但讓我們普通老百姓首先能用上的量子科技，很可能就是量子傳感器。
量子科技賽道中國處在什麼位置？
“近年來，量子科技發展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域。加快發展量子科技，對促進高質量發展、保障國家安全具有非常重要的作用。”對於發展量子科技的重要意義，清華大學副校長、中國科學院院士薛其坤作出解釋。
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。
近年來，中國量子通信技術取得多項突破性進展。
1
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”。
2
2020年3月，中國科學技術大學潘建偉團隊等研究人員實現了500公里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公里，創造了新的世界紀錄。
3
2020年9月，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。
國際社會紛紛加大研發力度和投入，力爭搶佔技術制高點。
1
日本2013年就計劃未來10年投入400億日元研發量子信息技術。
2
英國2014年設立“國家量子技術計劃”，每年投資2.7億英鎊用於建立量子通信、傳感、成像和計算四大研發中心。
3
歐盟2016年宣佈了預算10億歐元、為期十年的“量子技術旗艦計劃”。
目前，全球量子技術最領先的是美國，近十年來美國每年投入約2億美元用於各細分領域的研究，2018年還幾乎在十年內撥款12.75億美元全力推動量子科技發展。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，同時發佈了《量子前沿報告》。
此外，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。
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了一些階段性成果。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佈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。
薛其坤錶示：“我國在量子科技的基礎研究方面有很多的亮點，在量子精密測量傳感上也有不少進展，比如北斗用的時間測量系統將定位提高到了一個很高的精度，這就是量子科技在全球定位或者是衛星導航系統中的一個重要應用。最近在量子衛星上的一個實驗，我國做到了千公里級的量子密鑰分發，這也是今年剛剛取得的成果。所以不管在基礎研究方面，還是在通訊、量子計算等方面，我國都有很多可圈可點的東西。”
“總體上看，我國已經具備了在量子科技領域的科技實力和創新能力。同時，也要看到，我國量子科技發展存在不少短板，發展面臨多重挑戰。”薛其坤說道。
“實際上我們在量子科技、量子技術上的短板，和我們現在在信息技術上的短板有點類似，比如支撐設備、關鍵核心元器件等方面，也涉及到量子技術的一些問題，所以我覺得加強關鍵核心元器件這種高端的技術材料、設備研發，是目前需要解決的一些短板。”薛其坤介紹道。
如何下好“先手棋”？
近年來，量子科技發展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域。量子科技發展如何“補短板”？我國應如何下好“先手棋”？
“量子科技並非像區塊鏈一樣是一個技術革新或者新技術應用，它實際上是基礎研究的一個方向，會使得所有的技術都會要跟著產生變革。新興技術一定會帶來重大的衝擊，目前才剛剛開始。”中國科學技術大學韓正甫教授表示。
清華大學姚期智講座教授段路明說：“在量子科技領域下好先手棋，我國科學家要把握住第二次量子革命的機遇。第一次量子革命已經對人類產生了非常重大的影響，我國第一次量子革命起到的作用較小，第二次量子革命正當其時，量子領域每一個人都大有可為。在這個技術大規模應用之前，我們要
積極做好基礎研究，未來一定會取得重大突破。”中國科學技術大學教授郭國平表示：“發展量子科技，決不能只停留在做幾個樣品、發一些論文、開幾次會上。要把它真正用起來，用來滿足用戶的需求，才能夠起到增強國力、保持競爭優勢的效果。”
重大發明創造、顛覆性技術創新關鍵在人才。對此，中科院院士、中國科學院大學副校長吳嶽良表示：“基礎研究重大理論的突破，是由科研人員的好奇心驅動的，要靠科學問題驅動。而這需要長期的積累、穩定的支持，需要摒棄論文數量、雜誌影響因子等不良導向。”
北京市科學技術委員會主任許強說：“要加快量子科技領域人才培養力度，加快培養一批量子科技領域的高精尖人才，建立適應量子科技發展的專門培養計劃 ，打造體系化、高層次的量子科技人才培養平臺。”
“需要在共享的機制下，與國外開展更好的合作。”薛其坤說：“科學家面臨的很多問題是人類下一代信息技術的共同問題，這些方面可能有一些競爭，更多的競爭是產業上的，但在量子的科研上，可以加強合作。”
北京量子院楊仁福研究員說：“計算、通信、精密測量這三個量子方向，可能跟應用層面接觸比較緊密，尤其量子精密測量，很多設備儀器跟產業化轉化更緊密，產學研成果轉化很重要。我們的經驗是儘量佈局一批專利，儘量把我們的創新方案以知識產權的形式保護起來，比如原子鐘、磁力儀，國外已經佈局了專利，買國外產品是有專利保護的。我們也要在研究基礎上佈局一批專利，進行成果轉化，走向應用。希望專利相關部門在產學研方面對量子科技發展給予大力支持。”
✿本文 由傳播君綜合自光明日報、央廣網、澎湃新聞、科技日報等。
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