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        量子科技為何重要

        2020年10月20日來源:光明日報

        中共中央政治局日前就量子科技研究和應用前景舉行了第二十四次集體學習。習近平總書記主持學習時強調:“量子力學是人類探究微觀世界的重大成果。量子科技發展具有重大科學意義和戰略價值,是一項對傳統技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性技術創新,將引領新一輪科技革命和產業變革方向。”“要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性,加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局,把握大趨勢,下好先手棋。”

        量子科技為什么重要?

        首先,量子力學建立以后,就成為整個微觀物理學的理論框架,帶來了后者一個又一個的成功。

        量子力學解釋了化學。元素周期表、化學反應、化學鍵、分子的穩定性等,都是量子力學規律所導致。

        量子力學幫助我們理解宇宙。我們的宇宙跨越各種尺度,從光到基本粒子,到原子核,到原子、分子以及大量原子構成的凝聚態物質。量子力學對于認識這些都起了重要的作用,也因此成為現代技術的基礎。

        在微觀的尺度上,各種基本力的統一是理論物理的重大問題,依賴于量子力學。其他的未解之謎(如暗物質和暗能量)的解決也依賴于量子力學。

        很多天文現象,例如恒星發光、白矮星和脈沖星、太陽中微子的振蕩、宇宙背景輻射,乃至宇宙結構的起源等,都是因為量子力學規律。

        很多材料性質,比如導體、絕緣體、磁體、超導等,源于電子的量子行為。

        量子力學帶來了豐富的技術和應用,深刻地改變了人類的文明和歷史。它讓我們擁有了來自原子核能量這一新能源,也讓我們更有效利用太陽能。核彈影響了世界歷史,核電則是核能的和平利用。

        量子力學為信息革命提供了硬件基礎。激光、半導體晶體管、芯片的原理都源于量子力學。量子力學也使得磁盤和光盤的信息存儲、發光二極管、衛星定位導航等新技術成為可能。沒有量子力學,互聯網和智能手機也不會存在。

        量子力學也為材料科學技術、醫學和生物學提供了分析工具,包括X射線、電子顯微鏡、正電子湮沒、光學和磁共振成像等。

        所以,量子是我們的老朋友。事實上,20世紀90年代,諾貝爾獎得主萊德曼就指出,量子力學貢獻了當時美國國內生產總值的三分之一?,F在的比例還要高得多,很難找到與量子無關的新技術。所以說,量子力學是當代文明的一個重要基礎。

        這些較傳統的科學技術,建立在量子力學基礎之上,發展已經比較成熟。而近年來,有了一些量子科技新領域?;趯蝹€量子態的操控,量子科學技術出現了新的方向和新的生命力,正在迎來持續量子革命的第二次高潮,也可以說是第二次量子革命。比如,通過用量子態作為信息的載體,量子力學不僅像以前那樣為信息技術提供硬件基礎,而且還提供了軟件基礎。

        這為中國量子力學和量子信息學發展提供了契機。我國在相關領域已經取得不少成就,而且在有些領域已經世界領先。希望能出現更多引領潮流的工作。去年谷歌公司成功研制的一個量子處理器,能夠在200秒內完成一項計算任務,是目前超級計算機需要很長時間才能完成的,這就是所謂的量子優勢。這樣的成果,也應該在中國出現。

        正如習近平總書記指出的,近年來,量子科技發展突飛猛進,成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域,加快發展量子科技,對促進高質量發展、保障國家安全具有非常重要的作用。

        (作者:施郁,系量子物理學家、復旦大學物理學系教授)

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