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当前版:13版:科技
发布日期:2020年11月02日
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探寻量子科技的奥秘

本报记者 王梓萌

什么是量子科技?量子科技为什么重要?这都要从量子力学开始说起。

量子力学是量子科技的基础。量子力学发源于20世纪初,是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。随着量子力学相关理论不断获得实验支持,在100多年里催生了原子弹、激光、晶体管、核磁共振、全球卫星定位系统等重大发明,改变了世界面貌。

复旦大学物理学系教授施郁表示,量子力学建立以后,成为整个微观物理学的理论框架,取得一个又一个的成功。量子力学解释了化学元素周期表、化学反应、化学键、分子的稳定性等。量子力学也在帮助人们理解宇宙。宇宙跨越各种尺度,从最小、最微观的基本粒子到可以看见的宏观世界,到天体以及整个宇宙,从光到基本粒子,到原子核,到原子、分子以及大量原子构成的凝聚态物质,量子力学都起了重要的作用,也因此成为现代技术的基础。

量子力学带来了丰富的科学技术。量子信息技术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,这也是各主要科技大国重点抢占的战略技术高地。

量子通信是利用量子力学相关原理解决信息安全问题的通信技术。量子纠缠则是其中一个著名原理,两个处于纠缠状态的量子就像有“心灵感应”,无论相隔多远,一个量子状态变化,另一个也会随之改变。传统的通信方式有被窃听的风险,而在量子通信中,窃听者必然会被察觉并被通信双方规避。因此,量子通信常被称作信息安全传输的“保护盾”,在保密领域有很大应用前景。

近年来,中国量子通信技术取得多项突破性进展。2016年8月,中国发射了自主研制的世界上首颗空间量子科学实验卫星“墨子号”,此后,中国科研人员利用量子卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发等成果;2017年,全球首条量子保密通信骨干网“京沪干线”项目通过总技术验收……

量子计算则是各国优先发展的另一重点科技领域。虽然量子计算机距离大规模普及还有很长的路要走,但相关前景广阔。与传统计算机相比,量子计算机有独特优势。传统计算机中1个比特在某个时间只能是0或1中的一个状态,而在量子计算机里,由于量子叠加态的存在,1个量子比特可同时记录0和1两个状态。因此,量子计算机拥有计算能力远超传统计算机的潜力。但目前人类能同时操纵的量子比特还不多,量子计算机尚未走向大规模实用。

近年来,中国科学技术大学、清华大学等高校都在量子计算领域取得一些阶段性成果。百度、阿里巴巴、腾讯、华为等科技企业也相继出台了量子计算研究计划。

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