量子信息技術(shù)是培育未來產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建新質(zhì)生產(chǎn)力、推動高質(zhì)量發(fā)展的重要方向之一，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。

　　20世紀80年代后期，科學(xué)家將量子力學(xué)應(yīng)用到信息領(lǐng)域，量子信息技術(shù)就此誕生，并以遠超經(jīng)典信息技術(shù)的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿σ鹗澜绺鲊母叨戎匾暎环Q作“第二次量子革命”。其中，量子計算是對量子疊加態(tài)、量子糾纏和相干性三個基本特點綜合運用的分支領(lǐng)域;量子通信主要利用量子糾纏的特性，涉及量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等領(lǐng)域;量子精密測量則是量子信息技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)之一，涉及對量子物理狀態(tài)及其攜帶信息的觀測。

　　經(jīng)過40余年發(fā)展，量子信息技術(shù)已從僅有學(xué)術(shù)界關(guān)注的基礎(chǔ)科學(xué)研究和前沿技術(shù)探索，逐步進入產(chǎn)業(yè)界共同參與的工程應(yīng)用研究和未來產(chǎn)業(yè)培育的歷史進程當(dāng)中，目前已進入科技攻關(guān)、工程研發(fā)、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培育一體化推進的關(guān)鍵發(fā)展階段。

　　量子計算實現(xiàn)新突破

　　新年伊始，量子計算領(lǐng)域有變動也有突破。

　　今年1月3日，百度量子計算研究所傳出變動消息。官方已證實，旗下量子實驗室及可移交的量子實驗儀器設(shè)備將捐贈給北京量子信息科學(xué)研究院。2個月前，2023年11月，阿里達摩院也將量子實驗室捐贈給浙江大學(xué)。具體涉及何種原因而變動戰(zhàn)略，截至報道發(fā)布前，百度與阿里均未透露。

      1月6日，我國第三代自主超導(dǎo)量子計算機“本源悟空”上線。隨后，中國“悟空”向全球用戶限時免費開放，接收全球量子計算任務(wù)。

　　截至1月15日上午10時，我國第三代自主超導(dǎo)量子計算機“本源悟空”已為全球用戶成功完成33871個運算任務(wù)，全球60多個國家遠程訪問“悟空”人次突破35萬。從登錄用戶看，全球范圍內(nèi)，美國、保加利亞、新加坡、日本、俄羅斯、加拿大等61個國家用戶遠程訪問了中國“悟空”，其中美國用戶訪問次數(shù)位居境外訪問第一。

　　“本源悟空”由本源量子計算科技(合肥)股份有限公司自主研發(fā)，搭載72位自主超導(dǎo)量子芯片“悟空芯”，可交付超導(dǎo)量子計算機。

　　國開啟科量子技術(shù)(安徽)有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人、首席科學(xué)家羅樂認為，當(dāng)前，量子計算處于由科研走向工程的關(guān)鍵時期，但大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用預(yù)計還需要等待較長時間。“一些算力敏感行業(yè)值得關(guān)注，比如安全相關(guān)的攻防、流體力學(xué)模擬、小分子物化模擬等。在這些領(lǐng)域，不少世界知名企業(yè)和機構(gòu)已投入巨資進行量子計算研究。”

　　量子通信為信息安全保駕護航

　　從古時候賢君名臣的權(quán)爭往事，到近現(xiàn)代大國之間的縱橫捭闔，在信息傳遞過程中，泄密一直是人們廣泛關(guān)注的一個問題。今人成功解決問題的手段，既非鴻雁傳書，也非魚傳尺素，而是量子通信。

　　據(jù)悉，中國和俄羅斯的科學(xué)家聯(lián)手，在兩國之間成功測試了超遠距離、“完整周期”的量子加密通信，尚屬首次，意義深遠。

　　本次測試是在2022年3月1日進行的，使用了位于俄羅斯莫斯科附近的茲韋尼哥羅德地面站、中國新疆烏魯木齊附近的南山地面站，相距約3800公里。測試中，科學(xué)家發(fā)送了兩張圖片，均使用量子密鑰進行了加密。密鑰一共有兩個，一是中國哲學(xué)家墨子的引文，二是已故蘇聯(lián)物理學(xué)家列夫·朗道的方程式。此次測試證明，在金磚國家之間建立量子通信網(wǎng)絡(luò)“在技術(shù)上是絕對可能的”。

　　量子通信的研究內(nèi)容之一就是量子密鑰分發(fā)。“基于計算復(fù)雜性的傳統(tǒng)加密技術(shù)，在原理上存在著被破譯的可能性，其破譯的困難程度只取決于計算力的強大與否。隨著數(shù)學(xué)和計算能力的不斷提升，經(jīng)典密碼被破譯的可能性與日俱增。” 中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院教授級高級工程師廖勝凱介紹，“而與經(jīng)典通信不同，量子密鑰分發(fā)的安全性基于物理學(xué)基本原理，與計算復(fù)雜度無關(guān)。通過量子態(tài)的傳輸，在遙遠兩地的用戶共享安全的密鑰，利用該密鑰對信息進行一次一密的嚴格加密，這是目前人類唯一已知的不可竊聽、不可破譯的原理上無條件安全的通信方式。”關(guān)于量子通信領(lǐng)域其他一些技術(shù)方案如量子隱形傳態(tài)、量子安全直接通信(QSDC)等也在進一步發(fā)展。

　　用量子“測量”世界

　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院微觀磁共振重點實驗室杜江峰院士、王亞教授等人在量子精密測量領(lǐng)域取得重要進展，提出基于信號關(guān)聯(lián)的新量子傳感范式，實現(xiàn)對金剛石內(nèi)點缺陷的高精度成像，并實時觀測了點缺陷的電荷動力學(xué)。1月5日，該研究成果在線發(fā)表于《自然?光子學(xué)》。

　　20多年時間里，量子傳感的發(fā)展已經(jīng)使得很多物理量的測量技術(shù)取得了革命性的進展。此次工作中，研究團隊提出了一種新的量子傳感范式，即利用多個量子傳感器之間的信號關(guān)聯(lián)，提升對復(fù)雜對象的解析能力和重構(gòu)精度。研究團隊基于自主發(fā)展的氮-空位色心制備技術(shù)，可控制備出相距約200納米的三個氮-空位色心作為量子傳感系統(tǒng)，通過對隨機電場探測展示了這種新的量子傳感范式。

　　研究人員介紹，這一成果展示了基于量子技術(shù)的超高靈敏度缺陷探測，甚至在1000億個正常原子中出現(xiàn)一個缺陷，也能探測到。這要比目前最靈敏方法的探測極限提升兩個數(shù)量級以上，有望為當(dāng)前10納米以下芯片中的缺陷檢測提供一種強有力的技術(shù)手段。

　　挑戰(zhàn)與發(fā)展并存

　　面對量子熱潮帶來的機遇與挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)校長薛其坤指出，我國目前的短板在于：第一，量子技術(shù)的人才儲備不足。因為這個技術(shù)比較尖端，很長時間都處在基礎(chǔ)研究階段，近20年我國基礎(chǔ)研究才得到快速發(fā)展。人才培養(yǎng)需要時間，不管是量子科技所有領(lǐng)域的人才團隊規(guī)模，還是杰出的科學(xué)家群體，我們都是不足的。第二，一些基本的材料比如關(guān)鍵的元器件和設(shè)備仍然依賴進口。和其他領(lǐng)域類似，科研人員做量子科技實驗，要依賴部分進口設(shè)備，還需要解決完全自主化問題。但是從時代發(fā)展來講，基本上達到了在同一個平臺競爭的階段。

　　他表示：“實際上，基礎(chǔ)研究的人才培養(yǎng)，需要很長時間，發(fā)展基礎(chǔ)研究也是如此。現(xiàn)在一定要保持定力。中華民族的偉大復(fù)興，也意味著科學(xué)的復(fù)興，我們要對世界科學(xué)做出貢獻，對人類科學(xué)做出貢獻。通過科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不僅讓我們國家更強大，也為創(chuàng)造人類未來更美好的生活發(fā)揮作用。打造人類命運共同體，科學(xué)共同體應(yīng)該是其中的一部分。”

　　意大利理論物理學(xué)家卡洛?羅韋利教授的新作《量子物理如何改變世界》去年在國內(nèi)出版后獲熱銷，該書譯者王子昂接受采訪時表示：“量子信息技術(shù)依然處于日新月異的蓬勃發(fā)展期，基層理論的拓展與突破離不開資金的支持;而部分已取得相對豐富實用經(jīng)驗的、產(chǎn)業(yè)化趨于成熟的技術(shù)領(lǐng)域若可率先開始商業(yè)化探索、取得階段性成果，或多或少可滿足理論研究部分的資金需求。從國際視野來看，促進量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、提高其商業(yè)價值轉(zhuǎn)化效率是多國量子信息技術(shù)政策的著力點，盡快在應(yīng)用領(lǐng)域完善框架構(gòu)建、積累市場經(jīng)驗成為當(dāng)務(wù)之急。但打好商業(yè)價值轉(zhuǎn)化的前期基礎(chǔ)、鉆研出適合我國國情的利好政策、吸引相關(guān)領(lǐng)域人才應(yīng)是著手推行商業(yè)化的先決條件。”

　　轉(zhuǎn)載自：《小康》·中國小康網(wǎng)

　　作者：孫媛媛

　　編輯：趙狄娜

　　審核：龔紫陌