10月16日，中共中央总书记习近平在中央政治局第二十四次集体学习时强调，深刻认识推进量子科技发展重大意义，加强量子科技发展战略谋划和系统布局。从顶层设计、战略投资再到人才培养等，全球多国近年来在量子科技领域持续投入。然而，什么是量子？什么是量子科技？量子科技在当前有哪些应用······

“量子”到底是什么？

量子科学之所以显得神秘，首先这个名字就是一大原因。

看到“量子”这个词，许多人在“不明觉厉”之余，第一反应就是把它理解成某种粒子。其实不是。量子跟原子、电子根本不能比较大小，因为它的本意是一个数学概念。量子这个数学概念的意思究竟是什么呢？就是“离散变化的最小单元”。

什么叫“离散变化”？我们统计人数时，可以有一个人、两个人，但不可能有半个人、1/3个人。我们上台阶时，只能上一个台阶、两个台阶，而不能上半个台阶、1/3 个台阶。这些就是“离散变化”。对于统计人数来说，一个人就是一个量子。对于上台阶来说，一个台阶就是一个量子。如果某个东西只能离散变化，我们就说它是“量子化”的。>>详情

什么是“量子力学”？

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，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。量子力学中有一些“违背常理”的特点，如著名的难知死活的“薛定谔的猫”等。但相关理论不断获得实验支持，在一百多年里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。

现代社会硕果累累的技术成就，几乎全都与量子力学有关。你打开一个电器，导电性是由量子力学解释的，电源、芯片、存储器、显示器的工作原理是基于量子力学的。走进一个房间，钢铁、水泥、玻璃、塑料、纤维、橡胶的性质是由量子力学决定的。登上飞机、轮船、汽车，燃料的燃烧过程是由量子力学决定的。研制新的化学工艺、新材料、新药，都离不开量子力学。

什么是量子信息技术？

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”。早在2016年，欧盟就宣布将量子技术作为新的旗舰科研项目，迎接“第二次量子革命”。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》。

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。

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量子通信：信息安全传输的“保护盾”

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。其中一个著名原理就是量子纠缠，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，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。传统的通信方式有被窃听的风险，而在量子通信中，窃听者必然被察觉并被通信双方规避。量子通信因此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。>>详情

我国在量子通信技术领域研究进展如何？

近年来，中国量子通信技术取得多项突破性进展。比如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。

“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10日摄)。(新华社记者 金立旺 摄)

今年以来，在量子通信领域中国学者“捷报频传”。有关方面3月宣布，中国科学技术大学潘建伟团队等研究人员实现了500公里级真实环境光纤的双场量子密钥分发和相位匹配量子密钥分发，传输距离达到509公里，创造了新的世界纪录。有关方面9月宣布，郭光灿院士团队与奧地利同行合作，首次实现了高保真度的32维量子纠缠态，显著提高了量子通信的信道容量。

量子计算：未来计算技术的“心脏”

量子计算是各国优先发展的另一重点科技领域。百度研究院量子计算研究所所长段润尧告诉新华社记者：“量子计算是这一场新量子革命最具有代表性的技术，是未来计算技术的心脏。”

与传统计算机相比，量子计算机有何优势？

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。

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量子计算前景如何？

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。段润尧说：“量子计算将极大促进当前人工智能及其应用的发展，深刻地改变包括基础教育在内的众多领域。特别是，借助于量子计算技术，人类对于微观世界的认识以及宏观世界的探索将得到极大扩展，从而引发人类思维能力的根本性提升。”

我国在量子计算领域研究进展如何？

中国研究人员也在量子计算方面奋起直追。中国科学技术大学、清华大学等高校近年来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。今年9月，百度、本源量子等企业先后发布了自己的最新量子计算云平台，使普通用户也能通过云技术使用量子计算。

量子计算将走何种研发路线？

去年9月发布的《量子信息和量子技术白皮书(合肥宣言)》预测分为3个阶段：第一阶段是实现量子优越性，即针对特定问题的计算能力超越经典超级计算机，这一阶段性目标将在近期实现;第二阶段是实现具有应用价值的专用量子模拟系统;第三阶段是实现可编程的通用量子计算机，这需要全球科技界的长期努力。“估计未来10—20年内，一批专用量子模拟系统将研发成功，用于催化化学反应模拟、高温超导材料制备等科研工作。”北京大学物理学院教授吴飙说，它们的运算效率比经典计算机高得多，所以这些领域的科研效率有望大幅提升。>>详情 

第二次量子科技革命将引发产业变革

量子力学在上世纪40年代兴起第一次量子科技革命，催生了原子弹、半导体晶体管、激光器等重要成果。上世纪末以来，第二次量子科技革命在信息技术领域兴起，如今已接近产业化阶段，并与人工智能等新一代信息技术交织在一起，有望形成具有颠覆性的创新成果。>>详情

我国在量子科技领域的国际地位如何？

量子信息领域的国际竞争，大图景如下。在量子通信方面，中国领先，欧洲和美国也投入了很多努力，在跟随中国发展。在量子计算方面，欧美领先，中国也不断做出重要的成果，最近接近了并驾齐驱。如果这两个领域相比较，整体而言量子计算的重要性高于量子通信，但离实用也更远。>>详情

推动量子科技发展意义重大

量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向。

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。>>详情