从普朗克到“九章” 量子科技跨越百年奔向未来

121年前，当马克斯·普朗克在德国物理学会提出“量子”概念时，恐怕再大胆的人也难以想象，这将给世界带来多大的改变——核能、激光、计算机、手机等都与此相关。

今年9月18日，在中国安徽省合肥市，2021量子产业大会上传来了新的进展：人们正尝试用量子来实现“无法被窃听”的通信，用200秒求解5000万个样本的数学问题，在头发丝直径几万分之一的细微处感受磁场强弱……当人们对微观世界的认知更加深邃，宏观世界也将更美好。

提起卫星接收站，人们可能会想起一个“大家伙”。但出现在量子产业大会上的量子卫星地面站，却只有约1米高、不到100公斤重，看上去像个大号的显微镜。

“集成化、便利化和低成本是量子通信产业发展的趋势。我们把卫星接收站做得小而轻、可移动，就是希望在没有光纤网络的地方，比如边疆、海岛，用它与墨子号卫星对接，使用量子保密通信。”科大国盾量子技术股份有限公司的项目总监周雷说，同时他们也推出了小型化的量子密钥分发器，希望让有光纤网络的地方能更便捷、便宜地用上量子通信。

量子通信是一种理论上“无法被窃听”的通信方式，建起“量子通信网”，让越来越多的人使用量子通信，这是中国不少科研人员正在推进的一个宏大构想。今年1月，英国《自然》杂志刊文，中国科研团队成功实现了跨越4600公里的星地量子密钥分发，标志着中国已构建出“天地一体化”的广域量子通信网雏形。

利用量子特性，造出比电子计算机更快的量子计算机，被认为可能将是量子科技最有价值之处。2020年，中国的潘建伟、陆朝阳等学者宣布，研制出了76个光子的量子计算原型机“九章”。“九章”“祖冲之号”“本源悟源”……在9月18日的量子产业大会上，来自中国的多款量子计算机产品纷纷亮相，满足广大观众的好奇心。

量子科技的另一个重要应用方向是精密测量。国仪量子（合肥）技术有限公司推出了量子钻石原子力显微镜。该公司传感器技术负责人许克标说，这款显微镜不仅能“看到”纳米级微小结构，还能“感应”到芯片上的磁场分布。这些功能很有用，比如可以帮助研究更高效率、更低功耗的新一代磁存储器。

百余年前量子理论的出现，引发了第一次量子革命，催生出以计算机、手机、互联网为代表的现代信息技术。进入21世纪后，量子领域的新发现、新理论、新技术密集涌现，预示着“第二次量子革命”已经启幕。

“第一次量子革命，人们只问量子理论能让我们做什么，不去问为什么，是被动的观测与应用。”中国科学院院士郭光灿说，第二次量子革命则是主动利用量子特性，开发量子通信、量子计算和量子精密测量等创新应用。

目前，全球量子科技的发展在加速。在合肥，有一条以量子产业为特色的“量子大街”，两侧分布着各类量子科技企业7家，关联企业十几家，2020年合计实现产值约4.3亿元人民币。当地政府积极推动形成以芯片、软件、行业标准、商业模式为内容的量子产业链，引导量子产业与金融、生物、航天、汽车等行业合作，希望用量子科技为经济发展赋能。

“九章”量子计算原型机的研制者之一、中国科学技术大学教授陆朝阳在会上发表演讲，认为量子计算机将经历实现“量子优越性”、专用量子计算机、通用量子计算机三个阶段，最终可望为天气预报、材料设计、药物分析等领域提供“超强算力”。他们去年发布的“九章”，还处在第一个阶段。

他透露，他所在的科研团队加紧推进量子计算研究，已经取得了新的进展。“我们将很快发布新的成果！”他说。