量子科技是扎根于量子力學基礎原理的科學研究與技術應用范疇。量子力學作為一門理論，專門用于闡釋微觀世界里粒子的行為規律，它與經典物理學在本質上存在顯著差異。量子科技巧妙借助量子力學中的一些特殊現象，像量子疊加態與量子糾纏態，來達成超越經典技術所具備的能力。量子科技的核心基石正是量子疊加與量子糾纏。量子疊加指的是微觀粒子能夠同時處于多種狀態，并非如經典物理學所描述的僅處于單一狀態。量子糾纏則是兩個或多個粒子之間形成的一種特殊關聯，即便它們在空間上相隔甚遠，也能以近乎瞬時的效應彼此產生影響。
量子科技的應用范疇頗為廣泛：量子通信借助量子糾纏的特性，能夠構建出更為安全、保密性更強的通信模式。其中，量子密鑰分發與量子密碼通信是關鍵應用，它們可有效抵御傳統加密手段可能遭遇的破解風險；量子計算作為一種新興計算模式，是利用量子疊加與量子糾纏的特性來開展計算工作。相較于傳統計算機，量子計算機具備更強勁的并行計算實力，能夠攻克一些傳統計算機難以應對的難題，如因子分解以及各類優化問題；量子模擬運用量子系統來模擬并探究復雜的物理與化學現象，像材料的電子結構以及分子間的相互作用等。借助量子模擬技術，科研人員能夠更深入地理解并設計新型材料與藥物；量子傳感基于量子疊加與量子干涉原理，可實現高靈敏度與高精度的測量任務。量子傳感器在測量領域應用廣泛，涵蓋精密測距、精準時間測量以及地磁場測量等多個方面；量子安全是依托量子糾纏與量子密碼學原理來保障信息安全的一種方式。量子密鑰分發與量子隨機數生成技術可提供更高級別的加密防護，有效抵御傳統加密方法在量子計算攻擊下的脆弱性。
量子科技作為一門依托量子力學核心原理的前沿科學體系與技術應用領域，正憑借量子疊加與量子糾纏的獨特屬性，在通信、計算、模擬、傳感以及安全保障等多個維度釋放出驚人的發展潛能。在通信領域，量子通信憑借其內在特性，能夠打造出更為安全可靠、隱私性更強的通信模式；而在計算領域，量子計算依托量子疊加與糾纏帶來的并行處理優勢，展現出遠超傳統計算的強大算力。在材料與藥物研發方面，量子模擬技術為科學家開辟了新的研究路徑，借助它能夠更精準地洞察微觀世界中物質的相互作用規律，從而助力新型材料與藥物的研發設計；在測量領域，量子傳感利用量子態的特殊性質，實現了高靈敏度與高精度的測量突破，為諸多精密測量場景提供了有力支持。此外，量子安全技術基于量子力學原理構建起堅不可摧的加密防線，能夠有效抵御量子計算等新興技術對傳統加密體系的潛在威脅。盡管當前量子科技尚處于發展的初級階段，諸多關鍵技術與應用場景仍在探索與完善之中，但它所展現出的巨大潛力已不容忽視。隨著量子科學研究的持續深化以及相關技術的不斷迭代升級，我們有理由相信，量子科技必將在未來的多元化應用場景中扮演愈發關鍵的角色，為人類社會的科技進步與產業變革注入源源不斷的創新動力。對于研究人員和科技企業來說，投資和探索量子科技是至關重要的，因為它可能會引領下一波科技革命，帶來前所未有的創新和改變。然而，我們也必須認識到，盡管量子科技有著巨大的潛力，但在實際應用中仍面臨許多技術和工程上的挑戰。量子計算機的穩定性和誤差糾正、量子通信的距離限制以及大規模量子系統的可擴展性等問題需要進一步解決。因此，推動量子科技的發展需要全球范圍內的合作和持續的研究投入。綜上所述，量子科技作為一門前沿的科學和技術領域，具有許多潛在的應用領域。通過利用量子力學的獨特特性，量子科技在通信、計算、模擬、傳感和安全等方面展現出了巨大的潛力。盡管在實際應用中仍面臨挑戰，但隨著技術的不斷發展，量子科技有望在未來改變我們的生活和社會。因此，持續的研究和投資對于推動量子科技的發展至關重要?！?span class="keyword">量子”概念起源于20世紀初，其物理基礎是量子力學，與描述宏觀物質世界運動規律的牛頓經典力學相對應，量子力學主要是探究微觀物質世界運動規律。該理論提出后迅速發展成為現代物理學的兩大支柱之一，對傳統科學理念產成了巨大沖擊。目前，幾乎所有與物質、能量和信息相關的學科都依賴于量子力學的基礎，現代物理學的分支和相關邊緣學科也無一例外地建立在量子力學之上。量子技術是基于量子力學的實踐應用，在深刻改變人類對科學認知的同時，其應用領域不斷拓展。
量子科技主要聚焦于量子通信、量子計算以及量子精密測量這三大核心發展方向。在量子通信領域已然站在了國際前沿的引領位置，在量子計算領域穩穩躋身國際第一梯隊，而在量子精密測量領域的部分細分方向上，也達到了國際領先或者處于國際先進水準。以量子密鑰分發技術為基石的量子通信，是截至目前從原理層面而言唯一能夠實現無條件安全，并且具備實際應用價值的通信模式。量子密鑰分發是指借助量子態來承載信息，并依據特定的協議生成密鑰。依據量子力學的基本原理，能夠確保密鑰在傳輸過程中不會被竊聽或者被破解，進而達成安全可靠的量子保密通信效果。量子通信是最先走向實用化和產業化的量子技術。電信已推出全球首個運營商級量子安全即時通訊與辦公平臺量子密信，獲得最高安全級別的“卓越級”認證，在黨政軍企多領域實現規模應用。近年來全球量子計算的發展呈現明顯加速態勢，對基于公鑰密碼體制的信息安全提出嚴峻挑戰，需加快建設抗量子計算的新型信息安全基礎設施。量子通信作為抗量子計算新型信息安全基礎設施的重要組成部分，將充分發揮基石作用，保障國家安全。量子通信的發展目標是構建全球范圍的廣域量子通信網絡體系。在量子精密測量方面不斷追趕國際先進水平，技術突飛猛進，成果斐然。在原子鐘、量子陀螺儀等方面的關鍵技術已經接近國際先進水平；在量子雷達、痕量原子示蹤、弱磁場測量等方面已經達到國際先進水平，取得了一批國際領先的成果。隨著相關技術的產業化，一批量子精密測量產品已投入應用。以國內最早從事量子科技產業化的企業國盾量子為例，其推出的冷原子重力儀已完成了國際首次量子絕對重力組網連續觀測，成為該領域的“現象級”產品，2024年實現了9臺整機銷售，交付多省防震減災單位及科研用戶；單光子成像雷達、深度制冷自由運行單光子探測器、自由運行單光子探測器等產品也已面向市場進行銷售。隨著研究水平的不斷提升和核心競爭力的進一步增強，量子精密測量領域將在科學研究、經濟生活和國家安全等重大戰略需求中發揮重要作用。量子科技正憑借其具有變革意義的創新力量，對全球產業發展格局進行深度重塑。從超導量子計算原型機不斷取得迭代式的重大突破，到星地量子通信實現萬公里級別的跨越式發展，人類已然步入一個能夠主動操控量子態的全新時代。歷經多年有條不紊、富有前瞻性的戰略布局，在量子科技領域收獲了一系列具有重大開創性的科研成果，科技實力與產業水準在全球范圍內整體處于頂尖行列。當下，全球量子科技創新正從數量的逐步累積階段，邁向質量上的重大飛躍階段。為了在這場新一輪科技革命中占據主動，需進一步強化戰略規劃與系統部署，搶占量子產業發展的“制高點”。自21世紀以來，量子科技發展勢頭迅猛，引發了世界各國的廣泛關注，已然成為大國之間綜合國力競爭的關鍵戰略領域。量子科技的發展歷程實現了從落后追趕、齊頭并進到部分領域領跑的具有里程碑意義的跨越。在量子通信方面，穩居全球領先地位；在量子計算領域，成功躋身世界第一梯隊；在量子精密測量的多個細分方向上，也達到了國際領先水平。隨著各類創新資源持續匯聚，量子科技正加速從實驗室研究階段邁向產業應用階段。
量子通信為信息安全構筑起堅固屏障。在現有的通信技術范疇內，量子通信是唯一能夠達成“基于信息論可嚴格證明”安全的通信手段。當下，量子通信技術正沿著實用化與產業化的路徑穩步邁進。中國電信推出了全球首個運營商級別的量子安全平“量子密信”，它率先將量子密鑰分發技術與后量子密碼技術相融合，構建起一套分布式密碼系統，進而打造出縱橫交織、覆蓋廣泛的量子密碼基礎設施，為后量子時代的信息安全構筑起“雙重防護網”。目前，依托“墨子號”衛星以及國家廣域量子保密通信骨干網絡，成功搭建起具有自主知識產權、天地一體化的量子通信網絡雛形。該網絡已在金融、政務等關鍵領域實現大規模應用，成為數字時代保障國家信息安全的核心支撐。此外，量子精密測量技術為產業轉型升級注入強勁動力。該技術能夠突破眾多行業在關鍵參數測量上的精度與靈敏度瓶頸，進而推動產業標準的全面革新。近年來，量子精密測量技術應用的廣度和深度不斷拓展。冷原子重力儀完成國際首次量子絕對重力組網觀測，為防震減災提供預警新工具；量子電流互感器、量子一體式直流電能表等設備接受實際應用檢驗，提升電網各環節測量精度；光量子雷達推動大氣污染治理從“人防”轉向“技防”；無液氦心腦磁圖儀開辟心腦血管疾病診斷新方法。隨著全球計量標準全面量子化，量子精密測量技術正成為推動高端制造、能源電力、生態環保、醫療健康等領域變革的重要引擎。量子科技和產業正處于“由大轉強、積厚成勢”的關鍵階段。面對未來愈發激烈的國際競爭，量子科技在人才資金供給、產業鏈安全保障和企業創新主體地位強化等方面仍面臨一系列挑戰，突出表現為以下幾個方面。人才資金供需矛盾突出。一方面，量子人才供給能力與行業需求脫節。量子專業人才主要來自物理學專業，超半數具有研究生學歷。未來量子科技走向工程化應用，在跨學科交叉人才和從事應用開發、工程建設和科技服務等工作的復合型人才方面仍有數千人的人才缺口。另一方面，量子領域社會資本投入不足。未來量子產業發展仍需大量社會資金支持。產業鏈安全風險防范不足。量子科技的特點之一是其發展十分依賴尖端的科研基礎條件。但在核心材料、高端儀器設備等方面尚未完全實現自主可控。展望未來，量子產業鏈各細分領域的市場需求將呈爆發式增長態勢，市場競爭的激烈程度也會與日俱增。倘若核心材料、關鍵儀器以及高端設備在供應上受制于外部因素，那么量子科技與產業的健康、穩定發展將面臨嚴峻挑戰。企業在創新體系中的主體地位亟待強化。目前，在量子領域尚未涌現出具有強大引領作用的領軍企業，部分初創企業在核心技術儲備、工程化能力塑造以及產業鏈協同合作等方面仍存在明顯短板，亟待進一步夯實發展根基。量子企業之間的“各自為戰”現象較為突出，對行業共性技術的關注與研究投入相對不足，缺乏諸如共建國家技術創新中心或組建技術創新聯盟等高層次、深度的合作模式，協同創新的能力和成效均有待提升。
在應對量子科技領域所面臨的諸多挑戰時，需充分發揮超大規模市場的獨特優勢以及集中力量攻克重大難題的制度優勢，并將其與市場在資源配置過程中所發揮的決定性作用緊密融合，從而為量子科技創新以及產業發展提供源源不斷的強勁動力。要積極推進重大工程的實施，進一步強化協同創新機制。以國家戰略科技力量作為核心驅動力，匯聚全國范圍內的創新要素與優勢資源，著重對通用量子計算機、天地一體化量子通信網絡這類投資規模達百億量級的重大工程進行戰略布局。大力支持以領軍企業為核心來組建創新聯合體，鼓勵其主動承擔或深度參與國家重大科技攻關項目。借助重大工程這一關鍵紐帶，切實加強各參與主體、各科研團隊之間的有機銜接與高效協同合作。同時，要筑牢量子科技發展的根基，確保關鍵要素實現自主供給。鼓勵具備條件的高校積極成立量子科技學院，持續完善高校在量子信息學科方面的建設體系，面向量子科技的實際應用場景，增設一系列跨學科交叉課程。以重大任務為載體，在科研一線培養量子科技人才，通過“干中學”的方式促進供給與需求的緊密對接。瞄準產業需求，支持高校和企業聯合進行“訂單式”人才培養。設立國家級量子產業基金，撬動社會資本。拓寬資金來源，通過稅收優惠、容錯機制等方式提升風險容忍度。為符合條件的量子企業開辟股權和債權融資“綠色通道”。鼓勵保險機構設立量子科技專項保險。構建創新生態，培育產業發展沃土。建設量子科技創新中心、檢驗檢測中心、中試驗證平臺，暢通量子科技產業化應用道路。探索數據中心、算力中心、衛星互聯網等數字新基建與量子技術的異構融合發展。加強量子科技科普宣傳，整治量子科技相關領域虛假新聞和不實報道，提升社會對量子科技認識的客觀性、準確性和包容性。建設量子科技開源社區，給予必要經費支持，鼓勵跨行業、跨學科的科研人員、工程技術人員、學生等自由交流，挖掘量子科技潛在應用價值。強化應用示范，推動科技和產業融合創新。在電信、金融、國防、醫療、能源、物流、生態環保和資源勘探等量子科技率先展現應用價值的重要領域，著重發揮央國企技術實力強、應用場景廣、需求規模大、產業配套全的優勢，使其承擔產業鏈鏈長職責。借助央國企的雄厚實力與資源優勢，著力打造量子科技應用領域的示范性標桿案例，以此拉動量子技術的廣泛應用以及相關產品的有效供給。通過這些舉措，不斷提升在量子領域的標準制定能力、品牌塑造能力以及產業生態構建能力，推動量子產品朝著實用化、小型化、高性價比的方向持續迭代升級，進而為產業鏈的循環暢通提供有力支撐，帶動整個產業協同發展。量子科技作為關乎國家安全以及社會經濟高質量發展的戰略性新興領域，其具體應用場景廣泛，涵蓋量子通信、量子計算、量子精密測量等多個重要方向。當前，量子科技已步入深化發展、加速突破的關鍵新階段，這一階段迫切要求多學科領域實現深度交叉融合，同時推動各項關鍵技術進行系統性集成創新。在量子科技領域整合科技資源、集中力量突破，已在世界范圍內形成廣泛共識。量子信息技術正在引領一場新的科技革命，將深遠地影響人類社會。放眼更久遠的未來，量子科技發展所取得的突破或許將幫助人類實現如今難以企及的夢想。從這個意義上說，量子科技正是帶領我們“飛向未來的船與帆”。量子力學給人類帶來了許多技術革新，核能、晶體管、激光、核磁共振、高溫超導材料、巨磁阻效應等發現和發明都和它有關?？梢哉f，量子力學是現代信息技術的硬件基礎，數學則是軟件基礎，數學和物理結合在一起，奠定了整個現代信息技術的基礎。實際上，只需留意我們日常頻繁使用的手機，便能發現其中蘊含著諸多與量子力學緊密相關的基礎科研成果?；厮輾v史，在加速器產生的海量數據于全球范圍內傳輸交流的過程中，互聯網這一具有劃時代意義的產物應運而生；而為了對相對論進行嚴謹驗證，科研人員借助量子力學的原理，成功制造出精度極高的原子鐘。在原子鐘的精準助力下，全球衛星導航定位系統得以順利構建并穩定運行?？梢哉f，第一次量子革命宛如強勁的引擎，直接推動了現代信息技術的蓬勃發展。
量子信息技術主要聚焦于兩大核心領域：其一為量子通信，它能夠達成一種在原理層面具備無條件安全特性的通信模式；其二為量子計算，可賦予計算系統超乎尋常的快速運算能力。量子密鑰分發是量子通信的一個重要應用方向。其原理并不復雜，依據量子不可克隆定理，單光子無法被分割成更小的單元?；诖颂?span class="keyword">性，當人們采用單個光子來傳輸密鑰時，即便存在竊聽行為，這種竊聽也必然會被察覺。一旦檢測到密鑰傳輸存在被竊聽的風險，我們便舍棄這些存在安全隱患的密鑰，僅保留那些確定安全的密鑰。再結合“一次一密”的加密策略，所加密的內容便無法被破解，這是基于物理學原理所實現的無條件安全保障。利用量子糾纏可以把量子態從一個物體傳送到另一個物體上，但原來的信息載體不用傳送過去。比如說，我們在上海有一個微觀體系，它由成千上萬個原子組成。如果上海和北京之間有很多對糾纏原子，就可以把上海的體系和在上海的糾纏原子做一個聯合測量，再把測量結果通過無線電臺發送到北京，北京只需對手中的原子進行操作，就可以把上海的體系重新給制備出來。這就相當于在上海的體系被傳送到了北京一樣，但我們并沒有把在上海的任何一個實體原子送到北京。這本質上是一個量子態傳輸的結果，幾十、幾百個原子的狀態，只要操作得足夠快，就可以在網絡里傳來傳去，這樣一種操作便構成了量子計算機的基本單元：量子信息在網絡里可以走來走去之后，就可利用量子疊加來進行量子信息的處理，這就是量子計算機。利用這種特質，可以設計一些相關的算法，實現快速分解大數、快速求解線性方程組等，如果制造出來，就可應用于破解經典密碼以及人工智能、大數據等領域。量子保密通信朝著“絕對安全”的信息傳輸目標正穩步靠近。量子通信的發展愿景，是在更為廣闊的地域范圍內達成安全無虞的信息傳遞。其發展路徑規劃清晰：借助光纖技術構建起城域范圍內的量子通信網絡；依靠中繼手段實現城際之間的量子網絡互聯；憑借衛星中轉的方式達成遠距離的量子通信覆蓋。
展望未來，在量子通信領域，我們懷揣著這樣的愿景：于外太空構建一個具備極高精度的光鐘，其穩定度有望達到10萬億年時間內的誤差不超過1秒，當它與廣域量子通信技術深度融合，將為引力波探測開辟一條全新的路徑。此外，我們也滿心期待，未來能夠在地球與月球之間的拉格朗日點部署一個搭載量子糾纏光源的裝置。倘若未來還能在月球表面設置一個基站，那么便能在地球與月球之間開展一場意義非凡的實驗，對光秒量級距離下、有觀測者參與其中的量子力學非定域性進行檢驗。
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