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10月16日下午，中共中央政治局就量子科技研究和應(yīng)用前景舉行第二十四次集體學(xué)習(xí)。習(xí)近平總書記指出，近年來，量子科技發(fā)展突飛猛進(jìn)，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。加快發(fā)展量子科技，對(duì)促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國(guó)家安全具有非常重要的作用。

清華大學(xué)副校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士薛其坤就這個(gè)問題進(jìn)行了講解。

量子力學(xué)造就了第三次科學(xué)革命

量子力學(xué)是關(guān)于微觀物質(zhì)世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論體系，與相對(duì)論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)，而且在化學(xué)等學(xué)科和許多近代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

量子科學(xué)發(fā)展，觸發(fā)了第一次量子技術(shù)革命。第一次量子技術(shù)革命，是從認(rèn)識(shí)量子世界、發(fā)現(xiàn)量子效應(yīng)到發(fā)展量子技術(shù)應(yīng)用。信息時(shí)代的關(guān)鍵核心技術(shù)，如晶體管、激光、硬盤、GPS等是第一代量子技術(shù)的一些例子。

目前我們已經(jīng)進(jìn)入第二次量子技術(shù)革命時(shí)代，是通過主動(dòng)人工設(shè)計(jì)和操控量子態(tài)發(fā)展量子技術(shù)和應(yīng)用。近年來，以量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量為代表的量子信息技術(shù)的研究與應(yīng)用在全球范圍內(nèi)加速發(fā)展，各國(guó)紛紛加大投入力度和拓寬項(xiàng)目布局。量子計(jì)算會(huì)顛覆性提高信息運(yùn)算處理速度，量子通信會(huì)大幅度提升通信安全性，量子精密測(cè)量和傳感技術(shù)會(huì)在未來數(shù)字時(shí)代和萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代有著廣泛的應(yīng)用。

世界主要科技強(qiáng)國(guó)近期均出臺(tái)了國(guó)家層面的量子信息技術(shù)戰(zhàn)略計(jì)劃。美國(guó)正在建設(shè)量子網(wǎng)絡(luò);英國(guó)建成了連接布里斯托、劍橋等地的量子網(wǎng)絡(luò)，并聯(lián)合新加坡啟動(dòng)了量子衛(wèi)星項(xiàng)目;德國(guó)、法國(guó)等19個(gè)歐盟成員國(guó)簽署了未來十年開發(fā)和部署歐盟范圍內(nèi)量子通信基礎(chǔ)設(shè)施的聲明。

新世紀(jì)以來我國(guó)在量子科學(xué)和技術(shù)上取得一系列成就

近年來，我國(guó)加大了對(duì)量子科技的研究投入，技術(shù)創(chuàng)新活躍，我國(guó)科技工作者在量子科技上奮起直追，取得一批具有國(guó)際影響力的重大創(chuàng)新成果，包括量子反常霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)、“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射等。

什么是量子反?；魻栃?yīng)?它的發(fā)現(xiàn)有什么重大意義?在認(rèn)識(shí)量子反?；魻栃?yīng)之前，讓我們先來了解一下量子霍爾效應(yīng)。量子霍爾效應(yīng)，于1980年被德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，是整個(gè)凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中重要、最基本的量子效應(yīng)之一。舉了個(gè)簡(jiǎn)單的例子：我們使用計(jì)算機(jī)的時(shí)候，會(huì)遇到計(jì)算機(jī)發(fā)熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因?yàn)槌B(tài)下芯片中的電子運(yùn)動(dòng)沒有特定的軌道、相互碰撞從而發(fā)生能量損耗。而量子霍爾效應(yīng)則可以對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)制定一個(gè)規(guī)則，讓它們?cè)诟髯缘呐艿郎?ldquo;一往無(wú)前”地前進(jìn)。

然而，量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，“相當(dāng)于外加10個(gè)計(jì)算機(jī)大的磁鐵，這不但體積龐大，而且價(jià)格昂貴，不適合個(gè)人電腦和便攜式計(jì)算機(jī)。”薛其坤院士介紹，量子反?；魻栃?yīng)的美妙之處是不需要任何外加磁場(chǎng)，在零磁場(chǎng)中就可以實(shí)現(xiàn)量子霍爾態(tài)，更容易應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｋ璧碾娮悠骷小?/p>

得益于量子保密通信高度安全性，量子通信在國(guó)防、財(cái)務(wù)和金融專網(wǎng)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。如果說地面量子通信構(gòu)建了一張連接每個(gè)城市、每個(gè)信息傳輸點(diǎn)的“網(wǎng)”，那么量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星就像一桿將這張網(wǎng)射向太空的“標(biāo)槍”。

“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星于2016年8月16日1時(shí)40分，在酒泉用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功發(fā)射升空。此次發(fā)射任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著我國(guó)空間科學(xué)研究又邁出重要一步。2017年1月18日，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星圓滿完成了4個(gè)月的在軌測(cè)試任務(wù)。

“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星圓滿實(shí)現(xiàn)預(yù)定的全部三大科學(xué)目標(biāo)，取得了千公里級(jí)星地量子糾纏分發(fā)、高速量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)等重要成果，為我國(guó)在未來繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問題檢驗(yàn)前沿研究奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。國(guó)際權(quán)威期刊《自然》雜志曾評(píng)價(jià)：“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星研究成果標(biāo)志著中國(guó)在量子通信領(lǐng)域的崛起，從10年前不起眼的國(guó)家發(fā)展為現(xiàn)在的世界勁旅。

加快量子科技發(fā)展，推動(dòng)第二次量子技術(shù)革命

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。

2018年美國(guó)出臺(tái)了《量子信息科學(xué)國(guó)家戰(zhàn)略綱要》，歐盟于2018年正式啟動(dòng)“量子旗艦計(jì)劃”，10年計(jì)劃投入10億歐元。德國(guó)于2018年發(fā)布“聯(lián)邦量子技術(shù)計(jì)劃”，1期投入6.5億歐元;在新冠肺炎疫情后的經(jīng)濟(jì)刺激計(jì)劃中，特設(shè)“量子專項(xiàng)”，再投入20億歐元。

我國(guó)對(duì)量子信息技術(shù)研究和應(yīng)用方面也加大支持力度，突破瓶頸障礙，聚力加快發(fā)展。如：國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要在支持戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，明確將量子通信作為重要發(fā)展方向;2017年，國(guó)家發(fā)展改革委組織實(shí)施了“京滬干線”技術(shù)驗(yàn)證及應(yīng)用示范項(xiàng)目;國(guó)家信息中心、國(guó)科量子、國(guó)家數(shù)據(jù)通信工程技術(shù)研究中心于2019年底聯(lián)合組建了電子政務(wù)量子安全工程實(shí)驗(yàn)室;今年3月，科技部印發(fā)《關(guān)于科技創(chuàng)新支撐復(fù)工復(fù)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行的若干措施》要求，大力推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，加大5G、人工智能、量子通信、腦科學(xué)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、重大傳染病防治、重大新藥、高端醫(yī)療器械、新能源、新材料等重大科技項(xiàng)目的實(shí)施和支持力度。

總體上看，我國(guó)已經(jīng)具備了在量子科技領(lǐng)域的科技實(shí)力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，也要看到，我國(guó)量子科技發(fā)展存在不少短板，發(fā)展面臨多重挑戰(zhàn)。“科學(xué)家正在量子科學(xué)領(lǐng)域開疆拓土，而量子技術(shù)要真正給人類帶來福祉，還需要更多創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)者、企業(yè)家、投資人等的加入。”薛其坤院士表示。