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2016年以來，全球出現(xiàn)了新一輪量子計算熱潮。這股熱潮的出現(xiàn)與兩個因素有關(guān)。第一，晶體管計算機似乎越來越接近理論上的極限。由于當(dāng)今最先進的芯片技術(shù)已開始運用納米級的制造工藝，其繼續(xù)提升性能的空間已非常有限，摩爾定律正在面臨失效的風(fēng)險。與之相對，量子計算并沒有理論上的設(shè)計極限，可能達到傳統(tǒng)計算機百倍甚至萬倍的效率。第二，全球開始新一輪科技競爭，算力較量成為各國競爭的焦點。近年來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等新一代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，算力的重要性被提升到了一個全新的高度。

總體來看，美國在該領(lǐng)域較為領(lǐng)先，擁有較強的技術(shù)積淀，但中國追趕的步伐也很快。日本推出量子計算機則表明，如今，其他國家距離中美也不遠，甚至可能在一些應(yīng)用領(lǐng)域率先取得突破。這種競爭態(tài)勢恰恰表明量子計算本身仍處于一個起步和雛形階段，各國、各企業(yè)的差距并不大，該技術(shù)還未經(jīng)歷真正的考驗。

中國近年來大力推動量子科技，2016年8月，中國發(fā)射了世界上第一顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星墨子號。隨著大國戰(zhàn)略競爭的加劇，中國正在進行重大的國家性工程，以搶占量子技術(shù)領(lǐng)域的“制高點”。盡管美國在量子科技領(lǐng)域具有傳統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，但該優(yōu)勢并非不可撼動。中國雖然是后來者，但這場競爭將是一場馬拉松而非短跑，從長遠來看，得到更多國家政策扶持的中國科學(xué)家將可能實現(xiàn)“彎道超車”。屆時，中國或?qū){借量子領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，改變并重塑國家經(jīng)濟競爭力及軍事競爭的格局，從而抵消美國目前享有的優(yōu)勢。

過去幾年，中國成立了“量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院”“量子信息科學(xué)國家實驗室”等多個科研機構(gòu)，專門從事尖端科技的研發(fā)工作。這些機構(gòu)的研究人員在基礎(chǔ)研究和量子技術(shù)發(fā)展方面不斷取得進展，包括量子密碼、通信與計算，以及量子雷達、傳感、成像、計量和導(dǎo)航，并于最近創(chuàng)造了一項量子糾纏新的世界紀(jì)錄。此外，以拓撲絕緣體為代表的量子材料的早期研究，可能使信息處理的新范式成為可能。中國2016年8月發(fā)射的全球首顆量子衛(wèi)星“墨子”號已經(jīng)成為其在科學(xué)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)大國崛起的象征。此后中國又在量子通信與計算領(lǐng)域啟動了新的國家“重點項目計劃”，必將推動其量子技術(shù)的進一步發(fā)展。

中國之所以重視在量子技術(shù)領(lǐng)域的競爭，是由于量子技術(shù)是軍民兩用技術(shù)的制高點之一。

其一，量子計算機。

超級計算具有廣泛的用途，目前中國在超級計算機方面暫時領(lǐng)先。但隨著量子計算機的發(fā)展，傳統(tǒng)超級計算機將顯得相形見拙。

量子計算機與傳統(tǒng)計算機的一個主要區(qū)別是，傳統(tǒng)計算機使用1和0存儲信息并進行計算，而量子計算機使用的量子比特所能包含的信息則要多得多，理論上量子計算機的計算速度會大大超越傳統(tǒng)計算機。2007年，D波公司宣布成功研制全球首臺商用量子計算機，盡管在量子性等方面存在爭議，但仍于2011年和2013年賣給美國洛克希德-馬丁公司和谷歌公司各一臺，其中賣給谷歌的量子計算機速度據(jù)稱比普通計算機快3.55萬倍。

多粒子糾纏的操縱作為量子計算的技術(shù)制高點，一直是國際角逐的焦點。在光子體系，潘建偉團隊在國際上率先實現(xiàn)了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持著國際領(lǐng)先水平。

在超導(dǎo)體系，2015年，谷歌、美國航天航空局和加州大學(xué)圣芭芭拉分校宣布實現(xiàn)了9個超導(dǎo)量子比特的高精度操縱。這個記錄在2017年被中國科學(xué)家團隊打破。

其二，量子通訊網(wǎng)絡(luò)。

將一個粒子的量子信息發(fā)向遠處的另一個糾纏粒子，該粒子在接收到這些信息后，會成為原粒子的復(fù)制品。一個粒子可以傳遞有限的信息，而億萬個粒子聯(lián)手，就形成量子網(wǎng)絡(luò)。量子糾纏描述了這樣一個現(xiàn)象:兩個微觀粒子位于宇宙空間中的兩邊，無論相隔多遠也無論中間有什么物體的阻隔，只要這兩個粒子彼此處于量子糾纏，則通過改變一個粒子的量子狀態(tài)，就可以使非常遙遠的另一個粒子狀態(tài)也發(fā)生改變，信號超越了時空的阻隔，直接送達了另一個粒子那里。

量子網(wǎng)絡(luò)通信不受山脈和水體的阻隔，可以與深海的潛艇或地下深處的指揮部瞬間通訊，并且訊號無法被攔截和干擾。量子網(wǎng)絡(luò)將增強中國在軍事、政府和商業(yè)領(lǐng)域敏感信息的通信安全，挫敗美國的網(wǎng)絡(luò)間諜和信號情報能力。

其三，量子加密。

在量子密碼系統(tǒng)里，任何竊取者在偷看光子束時都會更動到它，而被發(fā)送者或接收者察覺。竊聽者之所以刺探不到鑰匙，是由于海森堡的測不準(zhǔn)原理。當(dāng)我們在測量量子態(tài)的某個性質(zhì)時，會使另一個性質(zhì)受到擾動。原則上，這種技術(shù)可以做出無法破解的密碼鑰匙。

迄今為止，中國已經(jīng)投資數(shù)千萬美元，建立了使用量子加密傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。2016年，中國發(fā)射了一顆以古代哲學(xué)家墨子命名的衛(wèi)星，利用量子加密技術(shù)成功實現(xiàn)了北京和維也納之間的視頻通話。量子加密與通信將確保中國在未來威脅面前更加安全。

量子計算機巨大的計算能力可以將對手沒有經(jīng)過量子加密的敏感信息系統(tǒng)置于風(fēng)險之中，因此中國絕對不敢落后。

其四，量子雷達。

2012年，美國羅切斯特大學(xué)光學(xué)研究所的研究團隊成功研發(fā)出一種抗干擾的量子雷達，這種雷達利用光子的量子特性來對目標(biāo)進行成像。由于任何物體在接收到光子信號之后都會改變其量子特性，所以這種雷達能輕易探測到隱性飛機，而且?guī)缀跏遣豢杀桓蓴_的。

繼中國自主研制的世界首顆量子科學(xué)試驗衛(wèi)星"墨子號"成功發(fā)射后，中國科學(xué)家在量子科學(xué)領(lǐng)域再傳捷報。由電子科技集團第14研究所領(lǐng)銜研制的量子雷達取得突破性進展，完成了量子探測機理、目標(biāo)散射特性研究以及量子探測原理的實驗驗證。 2016年8月，中國電科首部基于單光子檢測的量子雷達系統(tǒng)在14所研制成功，達到國際先進水平。

其五，量子傳感器。

量子傳感器是根據(jù)量子力學(xué)規(guī)律，利用量子效應(yīng)設(shè)計的、用于執(zhí)行對系統(tǒng)被測量進行變換的物理裝置。美國陸軍研究實驗室傳感器與電子設(shè)備局物理學(xué)家Qudsia Quraishi博士指出，下一代精確傳感系統(tǒng)涉及量子傳感器，量子傳感器基于激光冷卻原子，極可能大幅提升系統(tǒng)性能。激光冷卻原子是小型相干氣體原子，可以測量重力場或磁場變化，不僅非常精確，而且靈敏度很高。

美軍正在探討的量子傳感技術(shù)領(lǐng)域包括：陀螺儀、磁力測定、重力梯度測量、下一代小型傳感器以及原子電子技術(shù)。利用陀螺儀，可以測量物體旋轉(zhuǎn)變化，因此原子陀螺儀可以用于精確導(dǎo)航和地震探測。重要的是，基于原子的導(dǎo)航不需要GPS信號，因此，可以在GPS拒止環(huán)境下使用。總之，量子傳感技術(shù)將給美軍帶來諸多益處。