量子科技對中國有多重要

本報記者 倪浩 本報特約記者 任重

從2016年“墨子號”量子科學實驗衛星發射升空，更多國人開始關注量子通信這一“黑科技”，到2020年10月16日，中央政治局集中學習，量子科技已成為科技大國集中發力的新一輪科技革命和產業變革前沿陣地。接受《環球時報》記者采訪的中國專家認為，量子科技是真正的未來科技，在復雜的國際競爭中，將擁有不可替代的戰略地位。

將帶來重大顛覆性技術創新

中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員袁嵐峰20日接受《環球時報》采訪時解釋說，“量子”是一個數學概念。一個事物如果存在最小的不可分割的基本單位，我們就說它是量子化的，并把最小單位稱為量子。例如電子是陰極射線的量子，光子是光的量子。又如在氫原子中，電子可以獲取的能量是量子化的，它只能處于某些能量上，而不能處于這些能量的中間地帶。

但量子科技并不是新近出現的新學科領域，它距離民眾并不遙遠。量子科技發展逾百年，人類對量子科學的認識和發展產生的現代信息技術、計算機、通信，還有高密度信息存儲、全球定位系統，這都是量子技術一些隱形應用。信息時代的關鍵核心技術，如晶體管、激光、硬盤、GPS等是第一代量子技術的一些例子。

而現在，世界已進入第二次量子技術革命時代，通過主動人工設計和操控量子態發展量子技術和應用。袁嵐峰認為，量子科技被中央賦予前所未有的重視程度受之無愧，因為量子力學和相對論是現代物理學的兩大基礎理論。人類在20世紀基于量子力學了解了微觀世界，才產生了許多重大的技術進步和發明創造。例如導電性，就是有了量子力學后才能解釋清楚的。磁性也是如此。

量子科技的應用為科技發展帶來無限的想象空間。那它將帶來哪些重大顛覆性技術創新呢？據介紹，目前全球一年產生的數據量需要數百億個存儲量為1TB的硬盤，而未來量子存儲設備則只需要指甲蓋大小就能存儲人類幾百年的信息。這給高密度、低能耗的信息存儲帶來巨大想象空間，而基于此的大數據發展也將突飛猛進。清華大學副校長薛其坤說，量子計算會顛覆性提高信息運算處理速度，量子通信會大幅度提升通信安全性，量子精密測量和傳感技術會在未來數字時代和萬物互聯時代有著廣泛的應用。

此外，得益于量子保密通信的高度安全性，量子通信未來將在國防、財務和金融專網等領域具有重要應用。中國科學技術大學常務副校長、中國科學院院士潘建偉19日撰文表示，量子科技是事關國家安全和社會經濟高質量發展的戰略性領域，必須將創新主動權和發展主動權牢牢掌握在自己手中。

袁嵐峰也對《環球時報》記者說，量子通信是中國目前少有的在全球領跑的科學領域，這是非常難能可貴的。整個量子信息領域非常廣闊，中國沒有理由不重視，不大力發展。

中國既有領先也存在短板

薛其坤介紹說，中國在量子通信基礎研究有很多亮點，比如北斗時間測量系統定位已提高到非常高的精度，就是量子科技在全球定位或者衛星導航系統的一個重要應用。“所以不管在基礎研究，還是在通信、量子計算包括精密測量和傳感上，我們國家都有很多可圈可點的東西。”

其中“墨子號”無疑是最具有代表性的成果。據公開報道，“墨子號”于今年6月實現全球首次千公里級量子糾纏密鑰分發。潘建偉稱，這一實驗成果將無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數量級，并通過物理原理確保，即使在衛星被他方控制的極端情況下依然能實現安全的量子保密通信，取得了量子保密通信現實應用的重要突破。

路透社稱，按預定規劃，中國將陸續發射“墨子二號”“墨子三號”，到2025年前后構建起全球首座由中國主導的量子星群。未來量子通信工程應用、量子通信產業化推進，均可全球領先。展望約15年后，中國定制的量子互聯網，有望取代今天美國主導的光纖互聯網。

薛其坤表示，未來10年在量子信息科學的發展中，中國科學家的研究將會整體進入世界第一陣列，有些研究方向甚至會扮演引領角色。因此未來10年，中國科學家對世界信息技術的貢獻將會超過以往40年對世界貢獻的總和，這將是中國科學家大有作為的10年。

袁嵐峰表示，在量子計算領域，中國稍微落后于發達國家，不過各有特色；而在精密測量領域，中國整體上落后于發達國家，同時發展迅速。薛其坤表示，“在量子技術上中國的短板和中國在信息技術的短板有點類似，所以要加強關鍵核心元器件這種高端的技術材料、設備的研發，這都是我們需要解決的一些短板。”

華安證券分析師尹沿枝認為，當前正處于國家“十四五”規劃編制的重要窗口期，中央集體學習量子科技，再次凸顯量子科技作為國家戰略的頂層設計。他表示，量子信息技術在面向“十四五”乃至更長遠的未來，有望成為中國在全球科技產業中“換道超車”、掌握產業鏈話語權的重要核心技術，具有深遠戰略意義。

各國激烈爭奪技術制高點

正是因為量子技術所蘊含的巨大發展前景，量子科技領域的國際競爭日益激烈。據了解，全球主要科技強國近期均出臺了國家層面的量子信息技術戰略計劃。美國正在建設量子網絡；英國建成了連接布里斯托、劍橋等地的量子網絡，并聯合新加坡啟動了量子衛星項目；德國、法國等19個歐盟成員國簽署了未來10年開發和部署歐盟范圍內量子通信基礎設施的聲明。

尹沿枝稱，美國近10年來，已通過“量子信息科學和技術發展規劃”等項目，以每年約2億美元的投入力度，持續支持量子信息各領域研究。歐盟2016年推出“量子宣言”旗艦計劃，在未來10年投資10億歐元，支持量子計算、通信、模擬和傳感四大領域的研究和應用推廣，并在2018年11月正式啟動首批20個研究項目。日本文部科學省2013年成立量子信息和通信研究促進會以及量子科學技術研究開發機構，計劃未來十年內投資400億日元，支持量子通信和量子信息領域的研發。

而美國尤其表現得雄心勃勃。2018年底，美國頒布了《國家量子倡議法案》，宣稱絕不能容忍在量子科技領域落后。2020年7月23日，美國能源部宣布了建設量子互聯網的藍圖。10月7日，美國發布的《國家量子信息科學戰略投入的量子前沿報告》宣布，美國將在量子信息科學領域保持領導地位，作為確保美國長期經濟繁榮和國家安全的關鍵優先事項。袁嵐峰說，“這些文件都表明，美國非常重視量子科技，決心用國家的力量大量投入。”

目前，量子科技的競爭并非只局限于政府之間，企業之間的競爭也非常激烈。潘建偉說，谷歌、微軟、IBM、英特爾等國際巨頭企業積極投入量子計算研發。尹沿枝表示，美國的這些企業近年來大舉進軍量子計算領域，并且與耶魯大學、麻省理工學院、加州大學系統等科研機構聯合攻關共性技術，主要集中在超導量子計算領域，目前這些企業已經在超導量子計算領域取得較好成果。另外，在產業化方面，IBM發布超導量子比特的量子計算云平臺。而谷歌也推出了72比特的量子計算芯片“狐尾松”。▲