第二次量子革命：量子互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)

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(wèn)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(kāi)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(dòng)了大量粒子集合的研究。但如今，我們已能操控單個(gè)粒子，開(kāi)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(yù)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(jì)算和量子精密測(cè)量三大領(lǐng)域：量子精密測(cè)量：中國(guó)在此領(lǐng)域進(jìn)步顯著，但在整體實(shí)力上仍落后于美歐；量子計(jì)算：中國(guó)與美國(guó)并駕齊驅(qū)。然而，值得注意的是，量子計(jì)算目前尚未產(chǎn)生具有實(shí)際價(jià)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(guó)在此領(lǐng)域全球領(lǐng)先，2016年發(fā)射的墨子號(hào)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(guó)的進(jìn)展也遙遙領(lǐng)先，并已擁有許多實(shí)際用戶。總體來(lái)看，中國(guó)在量子通信上領(lǐng)先歐洲3至5年，領(lǐng)先美國(guó)5至8年。

量子互聯(lián)網(wǎng)：量子信息的未來(lái)

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

無(wú)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(duì)安全，即使對(duì)方擁有無(wú)限的計(jì)算能力，也無(wú)法破解量子密鑰。

量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)：量子互聯(lián)網(wǎng)也是量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用平臺(tái)。谷歌的“懸鈴木”、中國(guó)科大的“九章”和“九章二號(hào)”量子計(jì)算機(jī)，均在特定問(wèn)題上實(shí)現(xiàn)了“量子優(yōu)越性”，其中“九章二號(hào)”對(duì)特定問(wèn)題的求解速度超越當(dāng)時(shí)最強(qiáng)經(jīng)典計(jì)算機(jī)達(dá)10的24次方倍。未來(lái)五到十年，行業(yè)目標(biāo)是利用量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)如新藥研發(fā)、密碼設(shè)計(jì)等實(shí)際成果。

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

展望未來(lái)，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(wú)法想象的奇跡。這一切的實(shí)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(huì)

審核：羅會(huì)仟 中科院物理所研究員

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