科学与健康丨量子力学诞生百年，我国正迎来加速突破

  今年是量子力学诞生100周年，联合国教科文组织宣布今年为“国际量子科学与技术年”。

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  从1900年普朗克提出量子假说，到1925年矩阵力学和波动力学的诞生标志着量子力学初步形成，量子力学的建立堪称科学史上范式革命的典范，不仅为基础科学提供了深刻的启示，还催生了众多革命性的技术应用。

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  成功构建超导量子计算原型机“祖冲之三号”、实现上万公里星地量子通信、成功研制量子磁力仪等量子传感器……今年以来，我国在量子计算、量子通信、量子测量等领域不断取得新突破，进一步提高了利用量子技术获取、传输和处理信息的方式和能力。

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  量子计算：加速技术迭代攻关

  如果把量子科技比作一架“飞机”，那么量子计算、量子通信和量子测量则相当于飞机的“发动机”“无线电”和“雷达”，分别用来获取更强算力、更安全通信和更精准的测量。

  量子计算的发展最早可以追溯到上世纪80年代，随后几十年里，理论物理学家不断完善其理论基础。近年来，随着科学技术的不断发展，量子计算逐渐从构想迈入实践，成为国际科技前沿领域的一大热点。

  今年3月，由中国科学技术大学科研团队联合国内多家科研机构研制的超导量子计算原型机“祖冲之三号”正式对外发布，其处理“量子随机线路采样”问题的速度打破超导体系量子计算优越性世界纪录，比最快的超级计算机快千万亿倍。

“祖冲之三号”芯片示意图。（中国科学技术大学供图）

  量子计算被认为可能是下一代信息革命的关键技术，量子计算优越性是量子计算具备应用价值的前提条件。中国科学院物理研究所研究员范桁指出，我国的量子科技正在从实验室阶段的基础研究向大规模、可实用的示范应用场景加速过渡，量子计算的潜在算力优势受到金融、航空航天、制药等行业的重视。

  近日，由科大国盾量子技术股份有限公司等单位联合研制的超导量子计算测控系统正式交付使用。这一服务于“祖冲之三号”的核心设备，将为我国后续研发更大规模可纠错超导量子计算机打下坚实基础。

  “只有实现量子优越性，量子计算机才能成为‘超强大脑’。”安徽省量子信息工程技术研究中心主任、科大国盾研发总监唐世彪介绍，科大国盾目前正在不断进行技术攻关，完善自主可控的量子计算产业生态。

  量子通信：迈向产业化应用推广

  今年以来，我国在量子直接通信技术上连续取得突破：刷新百公里量子直接通信速率纪录、成功构建300公里全连接量子直接通信网络、完成模块级量子直接通信设备搭载火箭的发射与回收验收。

  清华大学教授、北京量子信息科学研究院副院长龙桂鲁介绍，作为量子通信领域的重要分支，今年以来的几项重要成果标志着量子直接通信向实用化、网络化、空天化发展迈出关键一步。

  在量子密钥分发技术上，今年中国科学技术大学与国内外多个科研团队合作，在中非相隔12900多公里的距离上通过卫星完成对图像数据“一次一密”加密和传输。国际学术期刊《自然》杂志在线发表了这一成果，审稿人称赞其为“向长距离安全量子通信的现实飞跃”。

  21世纪初，全球量子信息技术研究正处于快速起步阶段，我国就已认识到有关技术的重要性，凭借技术领先与基建优势在量子通信领域占据战略主动。在范桁等专家看来，这得益于国家层面的高度重视和持续投入，以及科研团队的长期积累和持续攻关。

  “在网络攻击威胁日益严峻的当下，我国量子通信正在进入产业化应用推广阶段，将为金融交易、医疗数据管理、国家安全等关键领域构筑起信息安全防线，助力构建可信数字生态。”龙桂鲁说。

  量子测量：探索丰富应用场景

  今年5月，国仪量子技术（合肥）股份有限公司发布了自主研制的钻石单自旋传感器、量子磁力仪、微波场强仪等量子传感器。

  “我们一边在实验室里探索前沿科技，把测量精度指标不断提高，一边探索丰富应用场景。”安徽省量子精密测量技术制造业创新中心主任、国仪量子技术（合肥）股份有限公司董事长贺羽说，比如在医疗领域，测量心脏磁场的仪器可以对冠心病进行早筛；在工业领域，可以与锂电企业合作进行原材料质量的筛选控制。

国仪量子技术（合肥）股份有限公司今年5月发布的一系列自主研制的量子传感器。（受访者供图）

  早在20世纪60年代，我国就开始探索以原子钟为主的时间频率标准测定技术。经过几十年的发展，量子精密测量技术近年来已进入快速发展期，走向了产业化。

  今年1月，由南方电网牵头，中国科学技术大学、中国电气装备西安西电高压开关有限责任公司等单位联合研制的全球首套±800千伏特高压直流量子电流传感器成功落地，标志着量子测量技术在电力系统实现应用。

  多位专家表示，尽管我国量子测量技术已取得关键性突破，但与先进国家相比，仍有较大追赶空间。基础理论的突破仍显不足，限制了技术发展的深度和广度，在成本控制、应用场景深度拓展以及提升市场认知与接受度方面仍需持续努力。

  “如果把量子科技的发展比作是一场‘马拉松’，我们不仅要有‘领跑’的能力、‘抢跑’的勇气，更要有‘耐跑’的战略定力。”范桁说。

  策划：陈芳

  记者：刘祯、何曦悦

  统筹：吴晶、孙闻

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