量子力學(xué)是人類基礎(chǔ)物理學(xué)的兩大支柱之一，解答了許多深刻的物質(zhì)結(jié)構(gòu)問題，如原子的穩(wěn)定性、固體的成因、導(dǎo)電性等。量子信息學(xué)作為量子力學(xué)與信息科學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科，開啟了第二次量子革命。從1901年普朗克提出量子化的概念，到量子力學(xué)的系統(tǒng)建立，再到激光、晶體管、核磁共振、發(fā)光二極管等技術(shù)的發(fā)明，這一系列突破被稱為第一次量子革命，推動了大量粒子集合的研究。但如今，我們已能操控單個粒子，開發(fā)出許多基于單粒子特性的量子技術(shù)，例如量子隱形傳態(tài)、量子優(yōu)越性等。因此，量子信息被譽為第二次量子革命。

量子信息的三大領(lǐng)域

量子信息科技涵蓋量子通信、量子計算和量子精密測量三大領(lǐng)域：量子精密測量：中國在此領(lǐng)域進(jìn)步顯著，但在整體實力上仍落后于美歐；量子計算：中國與美國并駕齊驅(qū)。然而，值得注意的是，量子計算目前尚未產(chǎn)生具有實際價值的成果，尚處于發(fā)展和投資階段，許多專家也提醒大眾理性看待該領(lǐng)域，以避免炒作；量子通信：中國在此領(lǐng)域全球領(lǐng)先，2016年發(fā)射的墨子號衛(wèi)星是重要的標(biāo)志。量子保密通信在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，中國的進(jìn)展也遙遙領(lǐng)先，并已擁有許多實際用戶。總體來看，中國在量子通信上領(lǐng)先歐洲3至5年，領(lǐng)先美國5至8年。

量子互聯(lián)網(wǎng)：量子信息的未來

當(dāng)前，量子信息科技的趨勢是邁向量子互聯(lián)網(wǎng)。例如，2020年美國發(fā)布了量子互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)藍(lán)圖，計劃在十年內(nèi)建成全國性量子網(wǎng)絡(luò)。量子互聯(lián)網(wǎng)的未來意義主要體現(xiàn)在以下三個方面：

無條件安全性：量子互聯(lián)網(wǎng)是不可破解的網(wǎng)絡(luò)。量子密碼技術(shù)保證了信息的絕對安全，即使對方擁有無限的計算能力，也無法破解量子密鑰。

量子計算網(wǎng)絡(luò)：量子互聯(lián)網(wǎng)也是量子計算機的應(yīng)用平臺。谷歌的“懸鈴木”、中國科大的“九章”和“九章二號”量子計算機，均在特定問題上實現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”，其中“九章二號”對特定問題的求解速度超越當(dāng)時最強經(jīng)典計算機達(dá)10的24次方倍。未來五到十年，行業(yè)目標(biāo)是利用量子計算實現(xiàn)如新藥研發(fā)、密碼設(shè)計等實際成果。

量子精密測量網(wǎng)絡(luò)：量子互聯(lián)網(wǎng)還支持量子精密測量。2022年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在國際上首次實現(xiàn)了百公里自由空間的高精度時間頻率傳遞，時間傳遞穩(wěn)定度達(dá)千萬億分之一秒。這種超高精度測量有望推動新一代的計時定義，并支持全球定位系統(tǒng)、礦產(chǎn)勘探和地震監(jiān)測等領(lǐng)域的創(chuàng)新。

展望未來，量子信息技術(shù)將改變?nèi)祟惖纳詈驼J(rèn)知，甚至可能創(chuàng)造出我們無法想象的奇跡。這一切的實現(xiàn)將有賴于科學(xué)家們的努力，也許下一次的突破性貢獻(xiàn)將由你們中的一員創(chuàng)造。

作者：《你也可以理解量子信息》風(fēng)云際會

審核：羅會仟 中科院物理所研究員

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