科技中國：領先世界的高科技領域

本刊記者

量子科技

2013年，習近平總書記在中國科學院考察時指出，科學家們開始調控量子世界，這將極大推動信息、能源、材料科學發展，帶來新的產業革命。2016年，全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”成功發射，此后率先在國際上實現星地量子通信。2017年，世界首條量子保密通信干線—“京滬干線”正式開通，并與“墨子號”連接，實現世界首次洲際量子保密通信。在量子計算領域，“九章”光量子計算原型機、“祖沖之二號”超導量子計算原型機先后實現“量子優越性”里程碑，使我國成為目前唯一在兩種物理體系都實現這一關鍵技術突破的國家。

量子通信技術

2016年8月16日，世界上首顆量子科學實驗衛星“墨子號”順利升空，標志著我國空間科學研究邁出了重要一步，也標志著人類對于量子物理的研究，正逐步從理論研究走向現實應用。

2017年，“墨子號”提前完成原定三大科學實驗任務：星地雙向量子糾纏分發、星地高速量子密鑰分發、星地量子隱形傳態。

2017年9月29日，“墨子號”與正式開通的量子保密通信“京滬干線”成功對接，實現了洲際量子保密通信，全球首個星地一體化的廣域量子通信網絡初具雛形。

2018年1月，中國科學技術大學潘建偉研究團隊與奧地利塞林格研究組合作，在中國和奧地利之間首次實現距離達7600千米的洲際量子密鑰分發，并利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信。該成果標志著“墨子號”已具備實現洲際量子保密通信的能力。

2019年8月，潘建偉團隊和塞林格研究組再次合作，在國際上首次成功實現高維度量子體系的隱形傳態。這是科學家第一次在理論和實驗上把量子隱形傳態擴展到任意維度，為復雜量子系統的完整態傳輸以及發展高效量子網絡奠定了堅實的科學基礎。

2020年6月，潘建偉團隊利用“墨子號”量子科學實驗衛星在國際上首次實現千千米級基于糾纏的量子密鑰分發。

2021年1月，潘建偉研究團隊實現新的突破：成功實現4600千米星地量子密鑰分發。《自然》雜志評價稱，這是地球上最大、最先進的量子密鑰分發網絡，是量子通信“巨大的工程性成就”。

2021年6月，潘建偉團隊聯合濟南量子技術研究院基于“濟青干線”現場光纜，利用國盾量子硬件平臺及上海微系統所的超導探測系統，突破現場遠距離高性能單光子干涉技術，分別采用兩種技術方案實現500千米量級雙場量子密鑰分發，創下目前現場無中繼光纖量子密鑰分發傳輸最遠距離紀錄。

2022年5月，潘建偉團隊利用“墨子號”首次實現了地球上相距1200千米兩個地面站之間的量子態遠程傳輸，向構建全球化量子信息處理和量子通信網絡又邁出了重要一步。

量子計算機

作為21世紀最有前景的前沿科技之一，量子計算是芯片尺寸突破經典物理極限的必然產物，是后摩爾時代的標志性技術。研制一臺大型量子計算機需要打通量子軟件、量子硬件和量子應用全流程，其整體難度不亞于登月。經過幾十年不懈探索，目前只有中國和美國兩個國家實現了“量子優越性”，而中國是目前世界上唯一一個在超導量子和光量子兩大體系下實現“量子優越性”的國家。

2017年5月3日，中國科學院宣布世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算原型機誕生。這個“世界首臺”是貨真價實的“中國造”。該成果為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定了基礎。

2020年12月，中國科學技術大學潘建偉團隊宣布成功構建76個光子的量子計算原型機“九章”，這一突破使我國成為全球第二個（第一個為谷歌的Sycamore ）實現“量子優越性”的國家。

2021年5月，潘建偉團隊宣布研制出了62比特可編程超導量子計算原型機—“祖沖之號”，它是目前國際上超導量子比特數量最多的量子計算原型機。世界最強的超級計算機8年才能完成的任務，用“祖沖之號”量子計算機最短1.2小時就能實現。

2021年10月，“祖沖之二號”與“九章二號”幾乎同時被宣布研制成功。經過研究攻關，超導量子計算研究團隊構建了66比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”，實現了對“量子隨機線路取樣”任務的快速求解。“祖沖之二號”比當時最快的超級計算機快1000萬倍，計算復雜度比谷歌的超導量子計算原型機“懸鈴木”高100萬倍，使得中國首次在超導體系達到了“量子優越性”里程碑。“九章二號”量子計算機則由76個光子升級到113個光子和144模式，其處理特定問題的速度比傳統超級計算機快1億億億倍，而且在編程技術上也進一步提升，在實用化方面大步向前邁進。

量子精密測量

量子精密測量旨在利用量子資源和效應，實現超越經典方法的測量精度，是原子物理、物理光學、電子技術、控制技術等多學科交叉融合的綜合技術。

2021年1月，我國科學家在量子精密測量實驗中同時實現3個參數達到海森堡極限精度的測量，測量精度比經典方法提高13.27分貝。

2022年10月，我國科學家首次在國際上實現百千米級的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗，時間傳遞穩定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩定度優于4E-19（相當于時鐘在約1千億年內的誤差不超過1秒）。該工作是星地自由空間遠距離光學時間頻率傳遞領域的一項重大突破，將對暗物質探測、物理學基本常數檢驗、相對論檢驗等基礎物理學研究產生重要影響。

2019年正式投入運行的新疆準東—安徽皖南±1100千伏特高壓直流輸電工程是全球最長特高壓運輸路線，橫跨新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、安徽六省區，總長度達到3324千米。這條路線創造了4個世界紀錄：輸電距離世界第一、輸送電量世界第一、技術水平世界第一、電壓級別世界第一。該工程成為連接西部邊疆與華東地區的“電力絲綢之路”，每年它可以向華東地區輸送600億千瓦的電力，這些電量可以滿足5000萬戶家庭用電量。

特高壓輸電技術不僅帶動了我國電工裝備制造產業全面升級，而且還走出國門，參與到其他國家的電力建設中。2014年，國家電網公司成功中標巴西美麗山水電站特高壓輸電工程項目，并于2019年完成全部工程建設。這是巴西最長、輸電量最大的一條電力干線，它跨越2000多千米，能滿足2200萬人口的用電需求，也被稱為巴西經濟發展的主動脈。近年來，我國還先后與哈薩克斯坦、俄羅斯、蒙古、巴基斯坦等國開展了互聯互通特高壓技術合作項目，實現了中國特高壓輸電技術、標準、裝備、工程總承包、全產業鏈輸出，創造了350多億美元的經濟效益。

第三代核電技術

核電技術是人類科技對能源利用發展領域的一次重大突破。核能發電不但發電量巨大且成本低廉、可長期利用，缺點則是其安全性一直飽受質疑。核電站一旦出現重大安全事故，不止是爆炸起火那么簡單，嚴重的核輻射污染會造成巨大的次生災害，長時間難以解決。所以發展更安全高效的核電技術，便成為當今世界發展目標之一，在這一點上，中國核電技術取得了新的突破，代表著當今世界第三代核電技術的先進水平。

目前，我國已擁有兩種自主第三代核電技術：國和一號和華龍一號。

2020年9月28日，我國第三代核電自主化標志性成果—國和一號正式發布。國和一號采用“非能動”安全設計理念，單機功率達到150萬千瓦，可以滿足超過2200萬居民的用電需求，是我國自主設計的最大功率的核電機組。

華龍一號是我國在30余年核電科研、設計、制造、建設和運行經驗基礎上，研發設計的具有完全自主知識產權的第三代核電技術。華龍一號全球首堆已于2021年1月30日正式投入商業運行，標志著我國在第三代核電技術領域已經打破國外技術壟斷，躋身世界前列。采用雙層安全殼技術的華龍一號被稱為目前世界上最安全的核電站。研發團隊還為華龍一號配置了3路供電系統，即使將來出現3路系統都不能供電的情況，華龍一號還有一套不需要電力的應急系統，可以依靠重力等非能動手段導出堆芯熱量。華龍一號的設計壽命為60年。通過5套安全系統，華龍一號發生事故的概率從第二代的十萬年分之一降低到了百萬年分之一。

我國是全球范圍內在建核電項目最多的國家。中國核電發展計劃在2035年之前再新建約100座核反應堆，將中國的核電發電量占比提升到總體發電量的10%，目前已經初期啟動了其中的14個核電項目。