核心閱讀量子力學(xué)是人類探究微觀世界的重大科學(xué)成果，是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一。盡管量子世界還存在很多需要攻克的難題，但量子科技發(fā)展突飛猛進(jìn)，正在成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值，是一項(xiàng)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。

當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，科技創(chuàng)新是其中一個(gè)關(guān)鍵變量。習(xí)近平總書(shū)記指出，量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值，是一項(xiàng)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。我們要于危機(jī)中育先機(jī)、于變局中開(kāi)新局，必須向科技創(chuàng)新要答案。要充分認(rèn)識(shí)和推動(dòng)量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢(shì)，下好先手棋。

科技發(fā)展召喚著量子科技

信息技術(shù)革命，特別是人工智能、量子信息技術(shù)、區(qū)塊鏈、5G技術(shù)等新興信息技術(shù)的加速突破和應(yīng)用，正在推動(dòng)人類由物質(zhì)型社會(huì)向知識(shí)型社會(huì)轉(zhuǎn)變。在知識(shí)型社會(huì)，信息的含金量將超越物質(zhì)的擁有量，成為人類最寶貴的戰(zhàn)略性資源，人類對(duì)于信息的渴求達(dá)到了前所未有的高度，而傳統(tǒng)的基于經(jīng)典物理學(xué)的技術(shù)已經(jīng)不能滿足人類在信息獲取、傳輸以及處理的需求，科技發(fā)展遭遇三大技術(shù)困境。

第一，計(jì)算能力逼近天花板。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，一方面，人類所獲取的數(shù)據(jù)呈爆炸式增長(zhǎng)，但巨量數(shù)據(jù)受制于傳統(tǒng)存儲(chǔ)空間。另一方面，人工智能技術(shù)的發(fā)展對(duì)計(jì)算能力提出了更高的要求，而傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的算力受摩爾定律的限制，難以得到相應(yīng)提升。雖然可以通過(guò)硬件的堆疊實(shí)現(xiàn)超級(jí)計(jì)算，但其計(jì)算能力的提升空間極其有限，并且耗能巨大。

第二，信息安全防不勝防。傳統(tǒng)的信息加密技術(shù)是依靠計(jì)算復(fù)雜程度而建立起來(lái)的，然而，隨著計(jì)算能力的提升，這樣的加密系統(tǒng)理論上都可以得到破解，即使是當(dāng)前依靠算力建立起來(lái)的區(qū)塊鏈也在所難免，信息安全依然存在一定的漏洞和風(fēng)險(xiǎn)。

第三，信息精度難以精益求精。傳統(tǒng)經(jīng)典的測(cè)量工具已經(jīng)不能滿足人類對(duì)于精度的需求，越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域需要更加精密的測(cè)量，比如，時(shí)間基準(zhǔn)、醫(yī)學(xué)診斷、導(dǎo)航、信號(hào)探測(cè)、科學(xué)研究等，人類急需新技術(shù)破解當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的困境。

量子科技突破技術(shù)瓶頸

量子力學(xué)是人類探究微觀世界的重大科學(xué)成果，是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一。盡管量子世界還存在很多需要攻克的難題，但量子科技發(fā)展突飛猛進(jìn)，正在成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。第一次量子革命使人類認(rèn)識(shí)了微觀世界物質(zhì)的運(yùn)行規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了量子科技的淺層次應(yīng)用。第二次量子革命則將以量子信息技術(shù)為代表，在更深層次上推動(dòng)技術(shù)的變革，并將最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)典技術(shù)向量子技術(shù)的跨越，徹底顛覆經(jīng)典的技術(shù)體系?；谖⒂^量子效應(yīng)，將為破解傳統(tǒng)經(jīng)典技術(shù)發(fā)展瓶頸提供新的解決方案。

第一，量子計(jì)算機(jī)將破解計(jì)算能力的瓶頸。和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不同，量子計(jì)算機(jī)的基本計(jì)算單元量子比特處于疊加狀態(tài)，并且量子比特之間并不是相互獨(dú)立，而是處于量子糾纏的狀態(tài)，這使得量子計(jì)算機(jī)獲得了超快的并行計(jì)算能力以及超大的存儲(chǔ)能力，從而實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)算力的提升。

第二，量子通信將破解通信安全的瓶頸。微觀粒子的量子狀態(tài)具備不可克隆性，這就使得任何盜取信息的行為都會(huì)破壞原有的信息，而被接收者發(fā)現(xiàn)。因此，量子通信從物理原理層面上確保了信息的不可被盜取和破解，從而實(shí)現(xiàn)了通信的絕對(duì)安全。

第三，量子精密測(cè)量破解測(cè)量精度的瓶頸。和傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，量子精密測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度的飛躍。傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)工具石英鐘計(jì)時(shí)精度最高只能達(dá)到270年誤差一秒，而基于量子技術(shù)的原子鐘的計(jì)時(shí)精度可以達(dá)到數(shù)億年誤差不到一秒。

量子科技科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值

量子科技將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重大作用，具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，量子科技將推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究發(fā)展。首先，量子科技可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于任意物理系統(tǒng)的量子模擬。宇宙最本質(zhì)的運(yùn)行規(guī)律是量子力學(xué)原理，量子計(jì)算機(jī)或者量子模擬器則可以像自然一樣運(yùn)行，這為解決一些無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或者需要極端實(shí)驗(yàn)條件才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的前沿科學(xué)難題提供了解決方案，如超導(dǎo)理論、黑洞理論、量子化學(xué)、高能物理等前沿科學(xué)問(wèn)題。其次，量子科技顛覆了傳統(tǒng)的計(jì)算復(fù)雜性理論。一方面，量子計(jì)算機(jī)能輕易解決一些傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的數(shù)學(xué)難題。另一方面，量子計(jì)算機(jī)和量子算法有望突破目前人工智能技術(shù)算法和算力的限制，推動(dòng)人工智能技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展高潮。另外，量子科技將有望破解意識(shí)之謎，屆時(shí)真正的人工智能將到來(lái)，其顛覆性不言而喻。再次，量子科技將為前沿基礎(chǔ)研究提供更為精密的測(cè)量，為引力波探測(cè)、物理學(xué)常數(shù)測(cè)量、生物醫(yī)學(xué)成像等多個(gè)前沿科學(xué)領(lǐng)域提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

第二，量子科技具有重大的戰(zhàn)略價(jià)值。量子科技作為新科技革命的突破口和科技制高點(diǎn)，不論哪個(gè)國(guó)家率先占領(lǐng)這一技術(shù)制高點(diǎn)，都將成為新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定者，從而牢牢掌握相關(guān)產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)，并進(jìn)一步內(nèi)化為科技、經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，成為大國(guó)博弈的核心競(jìng)爭(zhēng)力。而更安全量子通信、更精密的測(cè)量技術(shù)、更快的計(jì)算能力以及更多相關(guān)的量子科技，不僅在未來(lái)國(guó)防安全方面發(fā)揮更多作用，并且還將支撐一個(gè)國(guó)家未來(lái)的國(guó)際地位。許多國(guó)家已經(jīng)認(rèn)識(shí)到量子科技對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性，紛紛將量子科技列為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)科技?？傊涌彀l(fā)展量子科技發(fā)展與布局，對(duì)促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國(guó)家安全具有重要的戰(zhàn)略意義。

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，量子科技將引領(lǐng)新一輪科技革命，并將逐步影響到社會(huì)發(fā)展的各方面，推動(dòng)人類進(jìn)入量子文明時(shí)代。在量子科技領(lǐng)域，我國(guó)科技工作者奮起直追，已經(jīng)取得一批具有國(guó)際影響力的重大創(chuàng)新成果，相信經(jīng)過(guò)不懈努力，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革競(jìng)爭(zhēng)中，我國(guó)必將彎道超車，實(shí)現(xiàn)由追趕者向引領(lǐng)者的角色轉(zhuǎn)換，并最終實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興。

（作者分別為山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究所副教授、理學(xué)博士、山西大學(xué)科學(xué)技術(shù)史研究所教授、哲學(xué)博士，彭鵬、高策）