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神秘的量子科技,你了解吗?
发表时间:2020-10-22    来源:新华网思客综合网站编辑:单良晨字体[大] [中] [小] [打印]  [关闭]

  这两天,量子科技成了大家热议的话题。

  10月16日下午,中共中央政治局举行第二十四次集体学习,主题是“量子科技研究和应用前景”。从大数据到人工智能、区块链,再到量子科技,近年来,中共中央政治局已经多次就前沿技术的相关问题进行集体学习,这些技术都极具前瞻性,到现在都炙手可热。

  那什么是量子科技?量子科技有多牛?在生活中哪些会用到这种“科幻般的技术”?如何在量子科技领域加快发展?

  量子科技是什么?

  要搞懂量子科技,还要从量子力学说起。

  量子力学发源于20世纪初,许多科学家——普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔等为之着迷,它是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,如果一个物理量存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的。

  物理学家薛定谔曾用一只猫比喻量子叠加。图片来源:视觉中国

 

  我们应该都听过“薛定谔的猫”:箱子里有一只猫,在宏观世界中它要么是活的,要么是死的。但在量子世界中,它可以同时处于生和死两种状态的叠加。这个实验只是通过宏观角度的猫来为我们解释微观世界的叠加状态,这就是一个量子力学的故事,让很多人猜不着摸不透,人们常常用一句半开玩笑的话来形容“量子力学”:“遇事不决,量子力学。”

  不过,调侃归调侃,“量子力学”是今天被验证的最严密的物理理论之一,至今为止,所有的实验数据均无法推翻“量子力学”。

  量子力学建立100多年,催生了许多重大发明——原子弹、激光、晶体管、核磁共振、全球卫星定位系统等,改变了世界面貌。

  量子信息技术则是量子力学的最新发展,代表了正兴起的“第二次量子革命”。在量子信息技术中,具有代表性的是量子通信和量子计算。

  量子科技有多牛?

  谷歌曾称,其研发的量子计算机成功在3分20秒时间内,完成传统计算机需1万年时间处理的问题,并声称是全球首次实现“量子霸权”;清华大学副校长、中国科学院院士薛其坤说,目前全球一年产生的数据需要百亿TB的存储量才能完成,而未来的量子存储设备,可能只需指甲盖大小就能存储人类几百年的信息数据……

  而更多量子领域的现象还未得到科学解释:超导体,完全屏蔽磁场;超流体,内部摩擦力为零;时间晶体,经典时空对称破缺;不用光的反射成像;可以通过光改变引力为斥力的卡西米尔效应;单原子酶催化,背后量子隧穿现象等等。可以说,量子科技就是人类科学认知的极限,会让你的想象力都开始显得匮乏……

  加快发展量子科技,为什么这么重要?

  近年来,量子科技发展突飞猛进,成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。加快发展量子科技,对促进高质量发展、保障国家安全具有非常重要的作用。

  薛其坤表示,量子科技在未来不但使我们计算机的计算能力提高,通信更快,还有传感技术更灵敏,信息精度越来越精确,这些方面都会有大幅的提高。对未来的数字技术、量子技术起到真正革命性的支撑作用,其他的技术都是渐进性的发展。

  各国在量子科技领域有怎样的发展?

  现阶段,量子科技领域的国际竞争日益激烈,许多国家启动了量子科技战略计划。

  近期,欧盟拟投资80亿欧元支持新一代超级计算技术,量子计算是其中重要内容;美国也一直支持量子科技发展,最新动向是在10月7日,白宫科学和技术政策办公室启用了国家量子协调办公室的官方网站,同时发布了《量子前沿报告》;近日德国公布量子计算机计划,预计2021年可投入使用;日本作为全球科技强国同样不甘落后,为实现量子领域逆袭,将大力培养“量子人才”。

 

  “墨子号”量子科学实验卫星与阿里量子隐形传态实验平台建立天地链路(2016年12月9日摄,合成照片)。新华社记者 金立旺 摄

 

  经过三十多年努力,中国已崛起为国际量子科研版图上的重要力量,在多个战略方向上实现领跑或进入第一阵营。近年来,我国多次创造量子比特纠缠数量的世界纪录;发射世界首颗量子实验卫星“墨子号”,实现千里纠缠、星地传密、隐形传态三大科学目标;开通世界首条量子保密通信干线“京沪干线”,实现世界首次洲际量子保密通信。

  如何在量子科技领域加快发展?

  顶层设计和政策支持。坚持创新自信,敢啃硬骨头,要保证对量子科技领域的资金投入,同时带动地方、企业、社会加大投入力度。

  人才队伍是关键。北京量子院超导量子的科研带头人于海峰表示:“在量子科技领域,一方面需要善于统筹的领军人才;另一方面需要敢闯‘无人区’的青年人才。”

  量子科技发展还要促进产学研的深度融合和协同创新。于海峰说:“比如超导量子计算,某种程度上来说已经进入到科学工程化了,单一的高校实验室或者研究所的实验室不太适合发展,需要一个比较大的团队在整合材料科学、微纳米加工、低温微波工程、软件、电子学仪表方面,需要协同攻关,让企业参与,谷歌和IBM的成功就是这方面的典型范例。我们也要跟优秀企业协同攻关,进行量子计算机的研发。”

  突破关键核心技术。量子科技发展取决于基础理论研究的突破,颠覆性技术的形成是个厚积薄发的过程。要加大关键核心技术攻关,不畏艰难险阻,勇攀科学高峰,在量子科技领域再取得一批高水平原创成果。

  经验总结。要系统总结我国量子科技发展的成功经验,借鉴国外的有益做法,找准我国量子科技发展的切入点和突破口,抢占量子科技国际竞争制高点,构筑发展新优势。

  未来,量子科技会彻底改变我们的生活,给社会带来巨大的红利,就像10多年前,我们不会想到现在的手机会有这么多的功能,会给生活带来这么多的可能性,让我们拭目以待吧!

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