全球主要经济体竞下“先手棋”：量子科技为何重要？

作者 刘亮 张颖

世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”、世界首台单光子量子计算机....。.近年来，随着中国量子科技的发展，“量子”这个神秘的概念逐渐走进公众视野。

与此同时，这一象征着新一轮科技革命的前沿领域，也吸引不少全球主要经济体竞相从顶层设计、战略投资、人才培养等层面下“先手棋”。那么，什么是量子科技，为何它如此重要？量子科技又有哪些潜在应用前景？

什么是量子科技？

量子科技，顾名思义，即围绕量子研究衍生的科学技术。从现代物理学发展史看，量子有关概念的提出最早可追溯到19世纪末至20世纪初。

彼时，一些欧洲物理研究者认为，从牛顿力学到热力学、电磁理论，人类的“物理学大厦”已全部落成，鲜有展开研究的余地。但随着德国物理学家马克斯·普朗克在1900年提出了量子理论，经典物理学迎来了一场影响深远的革命。最终，量子理论与相对论一起，构成了现代物理学两大支柱。

根据量子理论，量子是最小的、不可再分割的能量单位，研究量子即研究物质世界微观粒子运动的规律。但有意思的是，量子的状态和位置可谓变化莫测，甚至还有些“违背常理”，如著名的难知死活的“薛定谔的猫”即一典型实验。

百余年来，基于量子理论，核能、激光、半导体、芯片等科技得以问世，进而发展出计算机、互联网、手机等人类社会的重大应用。而近年来，量子领域的新发现、新理论、新技术如雨后春笋般涌现，更预示着量子领域已进入加速发展的新浪潮。

量子科技为何如此重要？

针对近年来量子领域的迅速发展，中国科学院院士郭光灿曾强调，未来围绕量子通信、量子计算和量子测量三大领域展开的创新应用将是关键。

业界观点普遍认为，量子应用具有显著优势：量子通信可在理论上做到通信的绝对保密；量子计算可实现运算的指数级增长，几秒钟即可破解传统计算机需数万年才能破解的复杂密码；量子测量可达到原子量级，而传统测量技术最小只能探测到微米量级....。.

在新技术前景的推动下，全球主要经济体都在竞相出台量子科技发展战略，并将其视为抢占经济、军事、安全等领域全方位优势的战略制高点。

2018年，美国通过《国家量子计划法案》，制定量子科技长期发展战略，并斥资12.75亿美元开展量子信息科技研究等；同年，欧盟为期10年的10亿欧元“量子旗舰计划”也正式启动。俄罗斯也不甘落后，于2019年通过了国家量子技术发展路线图，其提议的计划总预算为511亿卢布。此外，日本、英国、新加坡、澳大利亚等国亦雄心勃勃，已陆续推出量子技术发展战略计划。

量子科技进入“商业化前夜”？

刻下，“量子概念”正处在时代“风口”。从当前有关研究进展看，尽管量子科技离进入大规模普及还有很长一段路要走，但相关前景广阔。

以量子计算为例，根据国际数据公司(IDC)预测，到2027年，全球量子计算市场规模将达到107亿美元，与2017年相比，10年内增长超过40倍。波士顿咨询公司预计，到2030年，量子计算市场的潜力将超过500亿美元。

从应用前景上看，量子计算有望在研发新药、破解密码、能源勘探、气象预报、金融分析以及人工智能等领域大显身手。量子通信方面，信息系统的安全性将大幅提升，同时，随着量子通信带宽的增加以及网络覆盖的加深，量子互联网，以及基于图片、视频、虚拟现实(VR)等传输形式的应用将出现。量子测量则可以在地形测绘、医学检验、传感器等领域发挥重要作用。

值得一提的是，当前中国量子技术研究已在全球版图中占据重要位置。尤其在量子通信，中国已基本处于国际领先水平。但也应看到，中国量子科技在支撑设备、关键核心元器件等仍存在不少短板。对此，中国官方亦在持续加码相关投入，并将量子科技纳入“十四五”乃至更长时期里重点布局的前沿科技领域。

可以预见，随着全球主要经济体“量子计划”的战鼓相继敲响，在时代风口、国家政策、资本等多重助力下，量子科技大规模应用推广或许就在不远的将来。(完)