量子技術已成為許多國家戰略布局的重點領域,有助于科學技術的發展
近年來,從高層設計、戰略投資到人才培養,世界上許多國家都在繼續投資于量子科技領域。那么,量子技術是什么?在現實生活中應用前景如何?各國和科技企業在相關領域的發展趨勢如何?
量子科學和技術的解釋也從量子力學開始。量子力學起源于20世紀初,是研究物質世界中微觀粒子運動規律的物理學分支。如果一個物理量有最小且不可分割的基本單位,那么物理量就被量化。量子力學中存在著一些與常識相反的特性,例如著名的"薛定諤貓",它很難知道是生是死。然而,有關的理論卻不斷得到實驗的支持,一百多年來產生了許多重大發明--原子彈、激光、晶體管、核磁共振、全球衛星定位系統等,改變了世界的面貌。
量子通信是一種利用量子力學原理解決信息安全問題的通信技術。其中一個著名的原理是量子糾纏。兩個糾纏量子態就像"心靈感應"。不管距離有多遠,一個量子態和另一個量子態都會隨之變化。愛因斯坦稱它為"幽靈般的超距離行為"。傳統的通信方式有被竊聽的危險,但在量子通信中,通信雙方必須檢測和避免竊聽者。因此,量子通信常被稱為信息安全傳輸的"防護屏障",在保密領域有著廣闊的應用前景。
近年來,中國的量子通信技術取得了一些突破。例如,2016年8月,中國發射了世界上第一顆獨立研制的空間量子科學實驗衛星墨子。自那以后,中國研究人員率先利用量子衛星成功實現了數千公里的衛星-地面雙向量子糾纏分配。2017年,"北京-上海干線"項目,世界上第一個量子保密通信骨干網絡,已經通過了普遍的技術認可。
量子計算是各國優先關注的另一個關鍵科技領域。"百度研究所量子計算研究所所長段潤耀告訴新華社:"量子計算是這場新的量子革命中最具代表性的技術,也是未來計算技術的核心。
與傳統計算機相比,量子計算機有著獨特的優勢。在傳統計算機中,一個比特在某一時刻只能是0或1的狀態,而在量子計算機中,由于存在量子疊加態,一個量子位可以同時記錄0和1個態。因此,量子計算機的計算能力遠遠超過傳統計算機的潛力。然而,目前人類可以在同一時間操縱的量子位數不多,量子計算機還沒有大規模實用化。
在量子計算領域,谷歌(Google)、微軟(Microsoft)、英特爾(Intel)和其他西方科技公司擁有第一個優勢,它們通過不同的技術途徑來實現更多的量子比特操作。去年10月,谷歌研究人員在英國"自然"(Nature)雜志上發表了一篇論文,開發了一個基于54位量子芯片的量子計算系統,該系統的完成時間約為200秒,一臺傳統的超級計算機花了1萬年才完成。當時,這被稱為"量子霸權",讓量子計算機在一個特定問題上比傳統計算機擁有更大的計算能力,但業內一些人對細節提出了質疑。
中國的研究人員也在追趕量子計算。近年來,中國科技大學、清華大學等高校在量子計算領域取得了一些階段性的成就。百度、阿里巴巴、騰訊、華為等科技企業也推出了量子計算研究項目。今年9月,百度、源量子等公司推出了自己最新的量子計算云計算平臺,普通用戶也可以利用云計算技術使用量子計算。