量子科學(xué)革命正在發(fā)生 電子器件未來(lái)將迎來(lái)廣闊市場(chǎng)

量子科學(xué)革命正在發(fā)生 電子器件未來(lái)將迎來(lái)廣闊市場(chǎng)

　　量子力學(xué)是微觀(guān)物理學(xué)依賴(lài)的基本理論框架。自其提出一百多年來(lái)，在物理學(xué)基礎與應用的方方面面取得了一個(gè)又一個(gè)的成功。復旦大學(xué)物理系教授施郁將量子信息和量子操控等方面發(fā)生著(zhù)的改變稱(chēng)為“繼續量子科學(xué)革命”。在這場(chǎng)科學(xué)革命中，中國科學(xué)家正在努力攀登，在某些領(lǐng)域已經(jīng)占據鰲頭。

    量子科學(xué)革命正在發(fā)生

    早在20世紀90年代，諾貝爾獎得主、著(zhù)名物理學(xué)家萊德曼曾說(shuō)，量子力學(xué)貢獻了當時(shí)美國國內生產(chǎn)總值的三分之一。今天，由量子力學(xué)引發(fā)的科學(xué)革命正在深刻地改變著(zhù)人類(lèi)的生產(chǎn)生活方式——量子力學(xué)被廣泛應用于各學(xué)科領(lǐng)域，量子光學(xué)、量子統計、量子化學(xué)、量子信息、量子計算等正蓬勃發(fā)展。

    世界各國紛紛把量子科學(xué)作為未來(lái)要搶占的戰略制高點(diǎn)。英國在2013年就宣布將投資2.7億英鎊設立英國國家量子技術(shù)計劃，同時(shí)成立量子技術(shù)戰略顧問(wèn)委員會(huì )。歐盟則計劃于2018年啟動(dòng)總額為10億歐元的量子技術(shù)項目。美國更將量子技術(shù)視為未來(lái)增強國家安全的重要屏障——美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì )發(fā)布《推進(jìn)量子信息科學(xué)：國家的挑戰和機遇》報告認為，量子計算最終或將顛覆眾多學(xué)科領(lǐng)域，因此敦促學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府相關(guān)部門(mén)保證量子信息研發(fā)的需求。

    同樣，我國對量子科學(xué)發(fā)展也非常重視。《國家中長(cháng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規劃綱要（2006-2020）》將量子調控研究列入四項重大科學(xué)研究計劃；“十三五”規劃綱要將量子通信和天地一體化信息網(wǎng)列為十大重點(diǎn)項目；科技部、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委員會(huì )等科研主管部門(mén)也對量子信息領(lǐng)域持續進(jìn)行著(zhù)前瞻性、戰略性布局。

    如今，我國形成了很強的量子科學(xué)理論和實(shí)驗技術(shù)儲備，培育了一批優(yōu)秀的研究團隊，涌現出潘建偉、陳宇翱等眾多在國際上有影響力的科學(xué)家，在量子通信、量子計算等研究方向上產(chǎn)生了一批具有重要國際影響的研究成果。

    中國在量子計算領(lǐng)域亮點(diǎn)頻出

　　在量子計算領(lǐng)域，國際學(xué)術(shù)界普遍認為基于光子、超冷原子和超導線(xiàn)路體系的量子計算技術(shù)最有可能取得突破。用中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(cháng)、中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng )新研究院院長(cháng)潘建偉的話(huà)說(shuō)：“我國在這三個(gè)方面均有的表現。”

    2016年8月，潘建偉和同事苑震聲、陳宇翱等在國際上實(shí)現對光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態(tài)的產(chǎn)生、操控和探測。《自然·物理學(xué)》評價(jià)說(shuō)，這一工作為“基于測量的量子計算鋪平了道路”。

    今年5月3日，《自然·光子學(xué)》和《物理評論快報》同時(shí)刊發(fā)了2項我國科學(xué)家在量子計算上取得的進(jìn)展：制造出光量子計算原型機和實(shí)現世界上糾纏數目最多的超導量子比特處理器。

    飛躍近在眼前。潘建偉透露，今年年底有望實(shí)現20個(gè)光量子比特的操縱、20個(gè)超導量子比特樣品的設計、制備和測試，并發(fā)布量子云計算平臺，“為最終實(shí)現超越經(jīng)典計算能力的量子計算奠定堅實(shí)基礎”。

    中國在量子通信領(lǐng)域世界

　　近期，中國科學(xué)院將對我國量子科學(xué)實(shí)驗衛星“墨子號”的相關(guān)成果進(jìn)行發(fā)布。這又一次證明，中國在量子通信領(lǐng)域一直保持。

    2003年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團隊實(shí)現糾纏態(tài)純化以及量子中繼器的成功實(shí)驗，成功地實(shí)現了自由量子態(tài)隱形傳輸。而在當時(shí)，恐怕沒(méi)有人能預見(jiàn)到：中國將在量子通信領(lǐng)域實(shí)現。

    如今，中國科學(xué)家不僅在基礎理論研究中頻傳佳績(jì)，更將量子通信帶入實(shí)際應用：建成國際上規模的量子通信網(wǎng)絡(luò )“合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)絡(luò )”，建設“京滬干線(xiàn)”量子保密通信工程；2016年量子科學(xué)實(shí)驗衛星“墨子號”順利升空并開(kāi)展實(shí)驗……中國在2030年率先建成全球化量子通信衛星網(wǎng)絡(luò )的目標，正在扎實(shí)推進(jìn)。

    我們有理由期待，中國科學(xué)家將在理論研究與應用技術(shù)上取得更大突破，在量子科學(xué)革命中風(fēng)騷。

    編輯點(diǎn)評

    中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗室的潘建偉教授及其同事，利用冷原子量子存儲技術(shù)在國際上實(shí)現了具有存儲和讀出功能的糾纏交換，建立了由300米光纖連接的兩個(gè)冷原子系綜之間的量子糾纏。這種冷原子系綜之間的量子糾纏可以被讀出并轉化為光子糾纏以進(jìn)行進(jìn)一步的傳輸和量子操作。該實(shí)驗成果地實(shí)現了長(cháng)程量子通信中亟需的“量子中繼器”，向未來(lái)廣域量子通信網(wǎng)絡(luò )的最終實(shí)現邁出了堅實(shí)的一步。