量子科技引领新一轮科技革命

导读

量子力学是人类探究微观世界的重大科学成果，是现代物理学的两大支柱之一。尽管量子世界还存在很多需要攻克的难题，但量子科技发展突飞猛进，正在成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向。

当今世界正经历百年未有之大变局，科技创新是其中一个关键变量。习近平总书记指出，量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向。我们要于危机中育先机、于变局中开新局，必须向科技创新要答案。要充分认识和推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。

科技发展召唤着量子科技

信息技术革命，特别是人工智能、量子信息技术、区块链、5G技术等新兴信息技术的加速突破和应用，正在推动人类由物质型社会向知识型社会转变。在知识型社会，信息的含金量将超越物质的拥有量，成为人类最宝贵的战略性资源，人类对于信息的渴求达到了前所未有的高度，而传统的基于经典物理学的技术已经不能满足人类在信息获取、传输以及处理的需求，科技发展遭遇三大技术困境。

第一，计算能力逼近天花板。在大数据时代，一方面，人类所获取的数据呈爆炸式增长，但巨量数据受制于传统存储空间。另一方面，人工智能技术的发展对计算能力提出了更高的要求，而传统计算机的算力受摩尔定律的限制，难以得到相应提升。虽然可以通过硬件的堆叠实现超级计算，但其计算能力的提升空间极其有限，并且耗能巨大。

第二，信息安全防不胜防。传统的信息加密技术是依靠计算复杂程度而建立起来的，然而，随着计算能力的提升，这样的加密系统理论上都可以得到破解，即使是当前依靠算力建立起来的区块链也在所难免，信息安全依然存在一定的漏洞和风险。

第三，信息精度难以精益求精。传统经典的测量工具已经不能满足人类对于精度的需求，越来越多的应用领域需要更加精密的测量，比如，时间基准、医学诊断、导航、信号探测、科学研究等，人类急需新技术破解当前技术发展的困境。

量子科技突破技术瓶颈

量子力学是人类探究微观世界的重大科学成果，是现代物理学的两大支柱之一。尽管量子世界还存在很多需要攻克的难题，但量子科技发展突飞猛进，正在成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。第一次量子革命使人类认识了微观世界物质的运行规律，实现了量子科技的浅层次应用。第二次量子革命则将以量子信息技术为代表，在更深层次上推动技术的变革，并将最终实现经典技术向量子技术的跨越，彻底颠覆经典的技术体系。基于微观量子效应，将为破解传统经典技术发展瓶颈提供新的解决方案。

第一，量子计算机将破解计算能力的瓶颈。和传统计算机不同，量子计算机的基本计算单元量子比特处于叠加状态，并且量子比特之间并不是相互独立，而是处于量子纠缠的状态，这使得量子计算机获得了超快的并行计算能力以及超大的存储能力，从而实现指数级算力的提升。

第二，量子通信将破解通信安全的瓶颈。微观粒子的量子状态具备不可克隆性，这就使得任何盗取信息的行为都会破坏原有的信息，而被接收者发现。因此，量子通信从物理原理层面上确保了信息的不可被盗取和破解，从而实现了通信的绝对安全。

第三，量子精密测量破解测量精度的瓶颈。和传统的测量技术相比，量子精密测量技术可以实现测量精度的飞跃。传统的计时工具石英钟计时精度最高只能达到270年误差一秒，而基于量子技术的原子钟的计时精度可以达到数亿年误差不到一秒。

量子科技科学意义和战略价值

量子科技将在更多领域发挥重大作用，具有重大科学意义和战略价值。主要表现在两个方面：

第一，量子科技将推动基础科学研究发展。首先，量子科技可以实现对于任意物理系统的量子模拟。宇宙最本质的运行规律是量子力学原理，量子计算机或者量子模拟器则可以像自然一样运行，这为解决一些无法进行实验验证或者需要极端实验条件才能进行实验的前沿科学难题提供了解决方案，如超导理论、黑洞理论、量子化学、高能物理等前沿科学问题。其次，量子科技颠覆了传统的计算复杂性理论。一方面，量子计算机能轻易解决一些传统计算机无法解决的数学难题。另一方面，量子计算机和量子算法有望突破目前人工智能技术算法和算力的限制，推动人工智能技术进入新的发展高潮。另外，量子科技将有望破解意识之谜，届时真正的人工智能将到来，其颠覆性不言而喻。再次，量子科技将为前沿基础研究提供更为精密的测量，为引力波探测、物理学常数测量、生物医学成像等多个前沿科学领域提供关键的技术支撑。

第二，量子科技具有重大的战略价值。量子科技作为新科技革命的突破口和科技制高点，不论哪个国家率先占领这一技术制高点，都将成为新技术标准的制定者，从而牢牢掌握相关产业的主导权，并进一步内化为科技、经济的竞争优势，成为大国博弈的核心竞争力。而更安全量子通信、更精密的测量技术、更快的计算能力以及更多相关的量子科技，不仅在未来国防安全方面发挥更多作用，并且还将支撑一个国家未来的国际地位。许多国家已经认识到量子科技对新一轮科技革命和产业发展的重要性，纷纷将量子科技列为优先发展的重点科技。总之，加快发展量子科技发展与布局，对促进高质量发展、保障国家安全具有重要的战略意义。

伴随着科学技术的不断进步，量子科技将引领新一轮科技革命，并将逐步影响到社会发展的各方面，推动人类进入量子文明时代。在量子科技领域，我国科技工作者奋起直追，已经取得一批具有国际影响力的重大创新成果，相信经过不懈努力，在新一轮科技革命和产业变革竞争中，我国必将弯道超车，实现由追赶者向引领者的角色转换，并最终实现中华民族的伟大复兴。（作者分别为山西大学科学技术史研究所副教授、理学博士、山西大学科学技术史研究所教授、哲学博士 彭鹏 高策。本文系国家自然基金青年科学基金项目〈11904217〉；国家社会科学基金重大项目〈16ZDA113〉；山西省科协2020年高校科协项目阶段性研究成果。）

来源：山西日报

编辑：裴红军