量子科技是什么?为何量子科技如此重要

刚刚过去这一周，“量子科技”这个词在各大新闻媒体上刷屏了。继人工智能、区块链之后，量子科技成为中共中央政治局又一个集体学习的前沿科技领域。

如今，你可以很容易从人脸识别、面部解锁等应用中感知到人工智能技术。以比特币为代表的数字货币热潮也让区块链技术迅速为大众所知。与之相比，量子科技距离普通人的生活还非常遥远。

可以肯定地说，你目前接触到的各式各样冠以量子之名的“量子波动速读”、“量子按摩仪”等等，都与真正的量子科技毫无关系。

那么量子科技是什么？有什么应用？为何量子科技如此重要？

先来看量子科技的一个重要应用方向量子计算。

“自然界并不像经典物理学描述的那样，真见鬼，要想模拟自然，最好用量子力学。”1981年，美国物理学家费曼在这番话中提出借助量子力学打造一种新型计算机的想法，解决经典计算机无法解决的问题这就是量子计算机的萌芽。

经典计算机的基本信息单位是比特，一个比特要么是0，要么是1。量子计算机则以量子比特为基本信息单位，由于量子具有叠加和干涉等特性，一个量子比特可以同时处于0和1的状态，这种特性使得量子计算机在处理特定问题上会远远超过任何经典计算机。

“它们可能会彻底变革化学。化学反应太多太过复杂，现有计算机无法精确模拟，量子计算机可以破解繁杂的数学难题，可应用于材料科学、制药、电池等领域。”《经济学人》杂志写到。

过去40多年，量子计算机开始从设想、逐渐发展，演变成为科技巨头的研究项目。在国际上，谷歌、IBM、英特尔、微软等公司一直在量子计算领域布局多年，其中谷歌的研究成果最为瞩目。

2019年10月，谷歌的一项研究登上《自然》杂志150周年版封面

，被认为是量子计算领域的里程碑事件。

在这项研究中，谷歌利用一台54量子比特的量子计算机实现了经典架构计算机无法完成的任务。研究员们估计，这台机器在三分多钟时间内完成的一项任务，若用世界上最强大的传统计算机来解决，大约耗时一万年。

谷歌CEO桑达尔皮查伊宣布谷歌实现“量子霸权” 图片来源：视觉中国

这项研究旨在解决一项人为设计的问题，并没有多少实际用途。但与Alpha Go展示谷歌在人工智能领域的技术实力一样，谷歌借助这项研究，宣称其已经实现了“量子霸权”。

所谓量子霸权，或可以称为“量子优越性”，是指量子计算装置在特定测试案例上表现出超越所有经典计算机的计算能力。

不过，虽然宣称实现量子霸权，谷歌CEO皮查伊承认，最初的量子计算机可能还无法马上投入实际使用。甚至在未来十年内，人们都无法看到量子计算机给世界带来实际的改变。但谷歌预测，量子计算机的潜在应用包括飞机和汽车轻量化电池的设计以及药物设计等。

目光转到国内，腾讯、阿里、百度、华为等大型科技公司对量子计算也有所布局。但总体来说，这项技术目前仍处于研发阶段，甚至在技术路线上还处于探索性研究阶段，距离产业化、商业化还距离很远。

波士顿咨询公司BCG预测

，到2028年，工程师们将研发出可用于低复杂程度的量子模拟问题的非通用量子计算机预测到此时，量子计算机市场规模将会达到500多亿美元，主要在制药、化学、材料科学等领域。

而2030年之后，量子计算机将在各类商业应用中对比经典计算机具备明显优势，也就是通用量子计算机，量子计算的发展将显著加速。

除了量子计算外，量子科技的主要应用方向还包括量子通信和量子测量。同样是基于量子力学的特性，量子通信和量子测量，在信息安全和防窃听、测量精度和灵敏度方面突破经典技术的瓶颈。

与尚在实验室进行研发的量子计算相比，量子通信已经进入到应用阶段，并且国内已经形成完整的量子通信产业链。

2016年，我国首颗量子卫星“墨子号”发射成功，就是量子通信领域的标志性应用之一。此外，已有商业公司在从事量子通信技术产业化，比如今年在科创板上市的国盾量子，其产品就主要用于量子保密通信网络建设及行业应用。

华安证券认为，

量子通信当前市场主要集中在对保密要求较高的党政军金融系统，目前市场规模并不算大。据前瞻产业研究院的数据，我国量子通信整体市场规模在2019年为325亿元，同比增长19%。

但长期来看，量子通信有望引领量子互联网的革命，出现量子物联网、量子云计算等先进形态。

由于量子科技在信息安全上的重要作用和产业变革上的巨大潜力，欧美近年来都在这项领域大幅增加研发投入，并启动国家级的量子科技战略行动计划。

今年8月26日，美国宣布，将在未来五年中向人工智能和量子信息科学等领域投入10亿美元以上的资金，扶持12个相关研究中心的发展。之前的7月23日，美国能源部还发布了《国家量子倡议法案》报告，提出要确保美国处于全球量子竞赛前列。

这些都意味着，在中美加强争夺科技主导权的背景之下，量子技术已经成为继5G、人工智能之后中美科技竞赛的又一个战场。
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