近日，习近平总书记在中央政治局集体学习时强调，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。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。强调要充分认识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。

10月21日，在国新办举行的深入实施创新驱动发展战略，加快建设创新型国家发布会上，科技部表示，下一步，在“十四五”高新技术发展的规划布局上，要加强前瞻部署和大力发展以智能技术和量子技术为特征的新一代高新技术，打造我国高新技术的先发优势。

漫画：读创/深圳商报记者 王建明

当下，量子科技已成为极为重要的国家战略布局，“量子科技”也成为热议的话题。

很多人会问：量子是什么东西？对于我们门外汉来说，仍是一脸懵圈。

薛定谔的猫？黑洞？测不准原理？这些都是什么鬼！

其实，这都是量子力学。

时常听起来“高大上”又晦涩难懂的量子力学、量子通信、量子计算等概念，你真的懂它吗？

小编现在就做一个简单的科普。

漫画：读创/深圳商报记者 王建明

量子力学确实很难以我们日常生活的经验和观察来理解。但是日常生活中，我们每天与量子力学亲密接触，到处都是量子力学的影子，却不自知。

我们经常调侃有些影视作品在科幻问题上“遇事不决，量子力学”，连“不自量力”这个旧词也被人新解为“不要试图自学量子力学”。

在《开讲啦》节目中，“不自量力”也被撒贝宁解释为“不要自学量子力学”。

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量子究竟是个啥？

19世纪末，欧洲一些学者认为从牛顿力学到热力学、电磁理论，人类的“物理学大厦”已全部建成，再没有多少可研究的了。

1900年，当人们欢庆经典物理学大厦已经基本落成，美丽而晴朗的天空中只剩下两朵“乌云”。后来，这两朵“乌云”一朵演化成了描述宇宙大尺度结构的广义相对论，一朵演化成了描述宇宙微观世界的量子力学。

漫画：读创/深圳商报记者 王建明

这一年，普朗克为解决其中一朵“乌云”提出了量子这个假设。意为能量存在一个最小的单位，是“一份份”存在的，但没有半份能量。

也就是说，量子像是“1”一样的单位。这个物理概念本质上是想描述一种离散性，一种不连续性。量子化的世界就像是还没有学到分数概念的小学一年级学生，只知道1、2、3、4地跳跃。

漫画：读创/深圳商报记者 王建明

量子概念的横空出世，为人类开启了探索“微观世界规律”的“新物理革命”。量子理论也与相对论一起，成为现代物理学两大支柱。

正是因为量子力学是描述微观世界的理论，很多人会误以为量子像原子、质子、电子、光子一样，是特指某种微小的粒子。

其实，量子不是某个特定的东西，一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。

根据量子理论，量子是最小的、不可再分割的能量单位。我们中学物理书上提到的分子、原子、电子，其实都是量子的不同形式。可以说，我们的世界由量子组成，我们每个人都是“24K”纯量子产品。

如今量子力学的大厦已经逐渐建立起来了。量子力学中有很多反常识的理论，所以量子力学也有着反常识、难理解的特点，毕竟这是一门反常识的学科，据说谁看到量子理论还没发疯，那他肯定是没有看懂。所以......你懂了吧。

量子力学其实也没那么高端，在我们生活中量子技术就已经在应用了，像晶体管和固态硬盘，还有实验室可能用到的扫描电子显微镜，等等。

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奇妙的微观世界

在微观量子世界里，有着与我们日常生活的宏观世界里截然不同的奇妙物理规则，最有代表性的是“叠加”与“纠缠”。

在宏观世界，任何物体在某一时刻都有确定的状态和位置。但在微观世界，量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。

很多人都听说过“薛定谔的猫”。物理学家薛定谔曾用一只猫比喻量子叠加：箱子里有一只猫，在宏观世界中它要么是活的，要么是死的。但在量子世界中，它可以同时处于生和死两种状态的叠加。

漫画：读创/深圳商报记者 王建明

如果用一个人来比喻，他不仅同时处于生和死两种状态的叠加，还可以同时身处多个地点，比如既在北京又在上海。

更难以想象的是，量子的状态还经不起“看”：如果你打开“薛定谔的箱子”，猫的叠加态就会消失，你会看到一只活猫或一只死猫。而“量子人”的“分身术”也会消失，他会出现在北京或上海。

这个比喻就是想把微观粒子的量子叠加态放大为常人易于理解的宏观生死状态。一个光子可以同时处于两个状态的叠加，而一旦对该光子的状态进行测量，它就会随机坍缩到其中一种状态。

叠加很奇妙，当两个量子“纠缠”在一起，那种奇怪连爱因斯坦都难以接受。

根据量子理论，如果两个量子之间形成“纠缠态”，那么无论相隔多远，当一个量子的状态发生变化，另一个也会“瞬间”发生相应变化。爱因斯坦曾把这一现象称作“鬼魅般的超距作用”。处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联，其中一个量子状态发生改变（比如人们对其进行测量），另一个的状态会瞬时发生相应改变，仿佛“心灵感应”。

正因为量子力学可以用来精准地描述这些微观世界的规律，我们研究半导体、激光、新材料等等显然必须要用到这个工具。科学家们也可以在“螺蛳壳里做道场”，利用一些只有在微观世界才会出现的奇妙现象，操纵微观粒子们实现一些用经典物理学无法做到的任务。

漫画：读创/深圳商报记者 王建明

3

量子通信领域大热

我国量子科技领军人物、中科院院士潘建伟表示，量子科技的具体应用包括量子通信、量子计算和量子精密测量三个领域。

下面我们就来重点讲一讲近年来国内发展很快、热度很高的量子通信。

许多人会把量子纠缠误当做量子通信。但其实，现阶段的量子通信通常是指“量子密钥分发”（QKD）技术，没有用到量子纠缠技术，更谈不上“瞬间传输”。它的核心不在于通信，而在于生成一串密钥。

1984年，当时任职于IBM研究中心的本内特（Charles H.Bennett）和当时就职于蒙特利尔大学的布拉萨尔（Gilles Brassard）提出首个量子加密协议。基于两位作者的姓氏首字母和发表年份，该协定也被人称为“bb84”协议。

“bb84”协议构想了一种基于量子力学的密钥传输方法。我们假设有一个信息发送者Alice，她想发送一串由1和0组成的二进制密钥给信息接受者Bob，同时，还存在一位潜在的窃密者Eve。

在传统通信渠道中，窃密者Eve可以截获Alice传来的密钥，并复制给Bob。这样，Bob并不会察觉到密钥已经被人窃听了。

如果将随机产生的密码编码在光子的量子态上，根据前文所述的叠加态特定，一个未知的量子态是不能“乱看”的，一旦被测量，就会随机坍缩成其中一种状态，等于被破坏了。只有使用双方约定的“打开方式”，才能得到正确的密码信息。因此，窃密者Eve无法复制出一模一样的密钥，一旦他窃取并试图自行读取量子密钥，一定会被发现。

漫画：读创/深圳商报记者 王建明

“量子通信克服了经典加密技术内在的安全隐患，因为其安全性不依赖于计算复杂度，这是在原理上无条件安全的一种通信方式，一旦存在窃听必然被发现。”潘建伟说。

在潘建伟看来，量子密钥分发，就好比一个人想要传递秘密给另外一个人，需要把存放秘密的箱子与一把钥匙传给接收方。接收方只有用这把钥匙打开箱子，才能取到秘密。没有这把钥匙，别人无法打开箱子，而一旦这把钥匙被别人动过，传送者就会立刻发现——原有钥匙会作废，再给一把新的钥匙，直到确保接收方本人拿到。

量子密码是量子通信吗？答案是否定的！所谓“通信”简单地说就是传递信息(即“明文”)。量子密码只是传送经典随机数而已，不包含有任何信息内容，因此，与“通信”无关。

真正的“量子通信”有其确切的内涵，即将信息编码在量子比特上，在量子通道上将量子比特从甲方传给乙方，直接实现信息的传递。这种真正的“量子通信”目前仍处于基础研究阶段，离实际应用还相当遥远。

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量子科技未来可期

进入21世纪，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”已进入加速期、起跑期。

“第二次量子革命的战鼓已敲响！”英国《自然》杂志评论说。

“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。”中科院院士、中科院量子信息重点实验室主任郭光灿说，第二次量子革命则是主动利用量子特性，开发出量子通信、量子计算和量子精密测量等创新应用。

当前，在量子通信领域，我国已处于国际领先地位。在量子计算领域，我国整体上与发达国家处于同一水平线。在量子精密测量领域，我国整体上相比发达国家还存在一定的差距，但发展迅速。

虽然我国在量子科学领域起步不算早，但经过三十多年努力，中国已崛起为国际量子科研版图上的重要力量，在多个战略方向上实现领跑或进入第一阵营。

近年来，我国多次创造量子比特纠缠数量的世界纪录：

●2016年8月，中国成功发射人类历史上首颗量子卫星“墨子号”，实现千里纠缠、星地传密、隐形传态三大科学目标；

●2017年9月，开通世界首条量子保密通信干线“京沪干线”，实现世界首次洲际量子保密通信。

漫画：读创/深圳商报记者 王建明

●2018年，国家广域广域量子保密通信骨干网络建设一期工程开始实施，在“京沪干线”基础上，增加武汉和广州两个骨干节点，中国使用光纤量子保密通信网络长度达到7000公里左右。

●2019年，《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》提出在长三角地区将建设覆盖16个主要城市、1013公里的量子保密干线环网，并在城市群内广泛开展量子通信应用试点。

●2020年6月15日，“墨子号”在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发，将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级。

●2020年10月，国科量子通信网络有限公司先后和文昌国际航天城管理局、中国广电下属中国有线电视网络有限公司签署合作协议，将在海南打造全球第一条“星地一体”环岛量子保密通信网络。

当前，量子科技已进入“产业化前夜”。

我国在量子通信产业化方面同样走在全球前列，根据前瞻产业研究院发布的数据显示，2017年我国量子通信行业市场规模达到180亿元，并预测2023年，我国量子通信行业市场规模将达到805亿元。

近期，欧盟拟投资80亿欧元支持新一代超级计算技术，量子计算是其中重要内容。美国开通国家量子协调办公室网站，并发布了聚焦八大研究领域的《量子前沿报告》。

展望未来，量子计算有望为药物研发、能源勘探、金融分析、气象预报等大规模计算提供全新方案；量子测量发挥测量精度、灵敏度优势，有望在科研、医疗、能源、灾害预防等领域大显身手；量子通信融合量子计算技术，构成高速、安全的“量子互联网”，与人工智能、区块链等技术相结合，可为人类生活增添无限可能。

中国量子崛起，美好未来可期！

（深圳商报供稿）

编辑 李耿光