中央表態(tài)！量子科技上升為國家戰(zhàn)略

10月16日，中共中央政治局就量子科技研究和應(yīng)用前景舉行第二十四次集體學(xué)習(xí)。

領(lǐng)導(dǎo)人在主持學(xué)習(xí)時指出，要充分認(rèn)識推動量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢，下好先手棋。

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同時，領(lǐng)導(dǎo)人的講話中還從政策、資金、人才、科研、技術(shù)等方面，對大力推動量子科技發(fā)展做出了更進(jìn)一步的要求：

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這也意味著，繼區(qū)塊鏈之后，量子科技這一前沿科技也成為國家戰(zhàn)略，得到中央層面的大力支持，成為中國增強(qiáng)在科技領(lǐng)域國際核心競爭力的一步「先手棋」。

清華大學(xué)副校長、中國科學(xué)院院士薛其坤就量子科技相關(guān)問題進(jìn)行了講解，提出了意見和建議。

那么，量子科技究竟是什么呢？

量子科技多重要？不僅是國防利器！還能帶你「穿越時空」

這個略微抽象、被網(wǎng)友調(diào)侃「遇事不決，量子力學(xué)」的技術(shù)為何被中央重視，并上升到國家戰(zhàn)略的高度呢？

實際上，量子技術(shù)是基于量子力學(xué)原理來結(jié)合工程學(xué)中的控制論，計算機(jī)科學(xué)，電子學(xué)方法等來實現(xiàn)對量子系統(tǒng)有效控制。

目前的量子技術(shù)大致可以劃分為如下四個領(lǐng)域：

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量子科技有多重要？讓世界各國都「恐懼」的量子計算機(jī)或許就可以說明。

現(xiàn)在的計算機(jī)是以二進(jìn)制為基礎(chǔ)，二量子計算機(jī)在0和1之間有無數(shù)種可能，一臺真正的量子計算機(jī)運算能力可能超過現(xiàn)在世界上所有計算機(jī)運算能力之和。

量子計算機(jī)一旦被率先突破，那么現(xiàn)在所有的加密算法都會被馬上破解，全世界的信息將沒有安全可言。

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這也是網(wǎng)絡(luò)安全專家們時時恐懼著“Q日”（量子日）的到來——那一天，首臺量子計算機(jī)誕生，它足以破解當(dāng)代絕大多數(shù)的加密標(biāo)準(zhǔn)。

而在一些研究者認(rèn)為，量子糾纏理論甚至可能幫助人類實現(xiàn)「時空旅行」的夢想。

根據(jù)量子糾纏理論：如果兩個或兩個以上粒子組成一個系統(tǒng)，那系統(tǒng)中粒子將會相互影響，無論這些粒子在時空中相隔多大的距離。

由此，如果光子A和光子B均能和另一個時空范圍的粒子產(chǎn)生「量子糾纏」，意味著兩個光子是在同一系統(tǒng)中。因此，時間旅行在量子領(lǐng)域或許可行。

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自21世紀(jì)以來，以量子通信和量子計算為代表的量子信息學(xué)蓬勃發(fā)展， 相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)囊括了多項國際物理學(xué)最高獎項，包括兩次諾貝爾獎（2005年、2012年）和三次沃爾夫獎（2010年、2013年、2018年）。

量子通信和量子計算的重要科學(xué)意義已經(jīng)得到了國際學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可。

搶占制高點！不只中國，美、歐等多個國家都在布局

為什么中央如此重視量子科技？

從國際意義上來看，「當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，科技創(chuàng)新是其中一個關(guān)鍵變量。我們要于危機(jī)中育先機(jī)、于變局中開新局，必須向科技創(chuàng)新要答案。」

「量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價值，是一項對傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。」

從國內(nèi)發(fā)展意義上來看，「加快發(fā)展量子科技，對促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用。」

「要充分認(rèn)識推動量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢，下好先手棋。」

實際上，作為一項具有重大顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新，量子科技近年來受到了許多國家的高度重視。

美國、日本、以及歐洲的一些國家近幾年來都在加快量子科技領(lǐng)域的布局。

就在中央政治局學(xué)習(xí)的前一天，美國國務(wù)院在10月15日發(fā)布了《關(guān)鍵與新興技術(shù)國家戰(zhàn)略》（National Strategy for Critical and Emerging Technology）。文中詳細(xì)介紹了美國為保持全球領(lǐng)導(dǎo)力而強(qiáng)調(diào)發(fā)展“關(guān)鍵與新興技術(shù)”，明確了20項關(guān)鍵與新興技術(shù)的清單，其中就包括量子信息科學(xué)。

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而此前在2018年12月，美國總統(tǒng)特朗普還正式簽署了《國家量子計劃法案》并生效，計劃未來十年內(nèi)向量子研究注入12億美元資金，并由美國能源部、國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、國家科學(xué)基金會配合聯(lián)邦政府共同落實量子計劃相關(guān)項目。

另外據(jù)路透社消息，歐盟各國領(lǐng)導(dǎo)人將宣布，他們希望在歐盟預(yù)算和復(fù)蘇計劃下，在未來7年向歐盟國家提供的1.8萬億歐元中「相當(dāng)大的一部分」投資于超級計算機(jī)和量子計算、區(qū)塊鏈、人工智能、5G移動網(wǎng)絡(luò)及安全通信等領(lǐng)域。

日本也在2016年10月宣布要發(fā)展量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等量子計算解決方案，并在2017年11月宣布推出量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（QNN）裝置。

可以看到，在「量子計算」這項可能改變未來世界的顛覆性技術(shù)面前，世界主要國家都已高度重視，紛紛布局，搶占制高點。

中國自然也不能落后。

「墨子號」首戰(zhàn)告捷，實現(xiàn)洲際量子保密通信

事實上，中國在量子科技領(lǐng)域，是具有先發(fā)優(yōu)勢的，并且已經(jīng)在量子通訊等取得了可觀的成果。

2016年8月，中國成功發(fā)射人類歷史上首顆量子衛(wèi)星「墨子號」。到2017年，星地量子密鑰分發(fā)的成碼率已達(dá)到10kbps量級，成功驗證了星地量子密鑰分發(fā)的可行性。目前經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化，密鑰分發(fā)成碼率已能夠達(dá)到100kbps量級，具備了初步的實用價值。

2017年9月，世界首條量子保密通信干線——「京滬干線」正式開通；結(jié)合『京滬干線」與「墨子號」的天地鏈路，中國成功實現(xiàn)了洲際量子保密通信。

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2018年1月，中國科技大學(xué)與奧地利科學(xué)院合作，利用「墨子號」量子衛(wèi)星，實現(xiàn)7600公里的洲際量子秘鑰分發(fā)，并利用共享秘鑰技術(shù)，完成加密數(shù)據(jù)傳輸和視頻通訊。

目前國內(nèi)也有一批在量子科技領(lǐng)域具有相當(dāng)實力的上市公司，如國盾量子、中天科技、神州量子、享通光電等。

相關(guān)專家估計，總體來看，目前我國在衛(wèi)星量子通信方向領(lǐng)先美歐等發(fā)達(dá)國家五年左右時間。但國際上的技術(shù)競爭相當(dāng)激烈，不進(jìn)步就會被超過。

第二次量子革命興起，全球互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入量子時代！

處在科研革命的前夜，想象力都開始變得匱乏。

量子信息技術(shù)是新一代戰(zhàn)略性信息技術(shù)，具有真正顛覆世界的重大意義。

成立于2017年的北京量子科學(xué)研究院，瞄準(zhǔn)世界量子物理與量子信息學(xué)最前沿和國家量子領(lǐng)域戰(zhàn)略急需，有國內(nèi)外頂級人才的加盟，代表著量子領(lǐng)域全球科學(xué)的最前沿。

在剛結(jié)束的創(chuàng)新之源大會上，清華大學(xué)副校長、北京量子信息科學(xué)研究院院長薛其坤院士也深度剖析了未來的量子技術(shù)，并談到了當(dāng)前的量子革命。

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「量子科學(xué)可以說是人類建立的一個最基礎(chǔ)，也是最精確、最深奧的科學(xué)體系，大家可能經(jīng)常會聽到薛定諤的貓，這個貓可以是活的，也可以是死的，在測量之前沒人知道，存在著一個不確定性。

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每一個年代都會有新的技術(shù)催生出新的革命，上世紀(jì)五十年代晶體管和半導(dǎo)體等技術(shù)的發(fā)展就催生了信息時代。

量子計算、量子通信、量子精密測量和傳感技術(shù)的興起和發(fā)展，正在推動信息技術(shù)向量子信息技術(shù)跨越，將可能導(dǎo)致新的技術(shù)革命。

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「如果說第一代量子革命是認(rèn)識量子世界、發(fā)展技術(shù)的話，我們?nèi)祟愒谶@個世紀(jì)初逐漸迎來一個新的時代那就是第二次量子革命」。

「我們可以用以前發(fā)現(xiàn)的量子規(guī)律主動設(shè)計一個量子芯片，大家現(xiàn)在常說的量子計算、量子通信，還有很多量子精密傳感，都是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的技術(shù)。」薛其坤提到。

通用量子計算機(jī)研制難度堪比人類登月

量子計算機(jī)相對經(jīng)典的計算機(jī)，不一樣的地方，它的晶體管是一個量子體系。

薛院士給大家舉了一個簡單的例子，經(jīng)典的計算機(jī)只懂0和1，大家都知道2的10次方是1024，也就約等于10的三次方，2的60次方約等于10的18次方。現(xiàn)在最大的超級計算機(jī)包含4-5萬CPU，每個CPU包含幾十億晶體管。

理論上，60個理想邏輯比特組成的量子計算機(jī)，可以達(dá)到經(jīng)典超算的算力，但是按照目前技術(shù)水平，上百萬個物理比特才能構(gòu)成一個邏輯比特，而邏輯比特的實現(xiàn)任重道遠(yuǎn)。

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「當(dāng)然這個量子計算機(jī)的研制比人類首次登月還要困難，對做計算機(jī)、控制的人來講這是一個極大的挑戰(zhàn)。」

量子霸權(quán)誰與爭鋒：世界強(qiáng)國紛紛入主

大會上，薛院士提到，發(fā)展量子技術(shù)具有極強(qiáng)的戰(zhàn)略意義和時代意義。今天的量子技術(shù)，就好比上世紀(jì)50年代的半導(dǎo)體技術(shù)。

2018年美國出臺了量子信息科學(xué)國家戰(zhàn)略綱要上，歐盟也出臺了《歐盟量子旗艦計劃》，計劃到2022年，總投入6.5億歐元。德國也出臺了自己的量子技術(shù)計劃，每年投入1億元來發(fā)展，各個西方科技強(qiáng)國高度重視，每個國家都出臺了國家層面的計劃，積極參與到量子革命中來。

去年10月24日，谷歌用53個量子比特的計算機(jī)做了一個特殊的非通用計算任務(wù)，對一個量子隨機(jī)數(shù)生成器的輸出進(jìn)行采樣，只花了200s就完成了目前世界上最快的超級計算機(jī)一萬年才能完成的任務(wù)。未來，有了量子計算機(jī)，我們對高密度芯片的需求就沒這么大了。

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量子技術(shù)將給存儲等領(lǐng)域帶來革命性進(jìn)步

現(xiàn)在世界上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量預(yù)計有40ZB，如果一個硬盤的存儲量是1T，一個ZB相當(dāng)于10億個硬盤，這么多數(shù)據(jù)怎么存下來？現(xiàn)在量子技術(shù)有可能發(fā)揮作用。

全世界目前擁有的數(shù)據(jù)超過3000ZB，光維持?jǐn)?shù)據(jù)中心需要的電費就高達(dá)2400億人民幣，將來大數(shù)據(jù)繼續(xù)研發(fā)下去，能耗必須降下來。

薛院士提到，量子技術(shù)可以發(fā)揮大作用。假如一個原子可以存儲一比特信息的話，那么一個硬件就可以存儲幾百年的信息，量子就是這樣高密度的信息存儲介質(zhì)。子技術(shù)的應(yīng)用將給高密度、低能耗的信息存儲也充滿了很多想象的空間。

未來，量子計算、量子通信、量子精密測量和傳感技術(shù)將成為量子信息技術(shù)發(fā)展的重點內(nèi)容，有可能引領(lǐng)新一輪的技術(shù)革命。

薛院士總結(jié)到，量子效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，給信息技術(shù)帶來了無限的想象空間，全球互聯(lián)網(wǎng)將從電子時代跨越到量子時代。

量子時代，你期待嗎？