什么是量子科技？都有哪些應用？一文了解→
量子科技除了是我國未來產業的重要發展方向之一,也是會顛覆未來的新興科技。近年來,我國量子科技領域創新成果不斷涌現。什么是量子科技?都有哪些應用?
近年來我國量子科技
創新成果不斷涌現
量子技術,是以量子力學的基本原理為基礎,利用量子疊加、量子糾纏、量子不可克隆等特性,來實現量子計算、量子通信和量子測量。
面向這一未來,中國已邁出關鍵步伐。2025年3月,我國自主研發的量子計算原型機“祖沖之三號”問世,刷新超導體系全球量子計算優越性新紀錄。
2025年7月,我國科研團隊打造出“納米雙光子工廠”,制備出保真度達99.4%的新型量子糾纏光源,為更先進的量子應用奠定關鍵基礎。
在通信領域,科研團隊成功構建300公里級的量子直接通信網絡,驗證了長距離高安全通信的可行性。
微觀探秘
世界上最小的量子傳感器什么樣?
量子是現代物理學中描述微觀世界基本物理量的最小的、不可再分的單位,也是能量的最基本攜帶者。科學家們利用量子的特性,研發出強大的量子精密測量儀器,可以精準地測量到很多非常非常小的東西,被稱為“打開微觀世界的一把鑰匙”。
世界上最小的傳感器在哪里?就在記者的手上,只不過,可并不是你肉眼能看到的這個器件,而是在這個針尖兒上,它其實是原子級別的。
國儀量子公司負責人 賀羽:首先我們是要加工出來一個鉆石探針,鉆石探針的直徑只有500納米,大概是頭發絲的1/100～1/1000,傳感器就在探針的針尖上,傳感器的尺度只有0.5納米,0.5納米又是500納米的1/1000。
記者:這樣一個肉眼都無法看見的傳感器,它在現實生活中會有什么用處呢?
國儀量子公司負責人 賀羽:打個比方,我們可以用體溫計去測人的體溫,但是沒辦法用體溫計去測蚊子的體溫,假設我們還要去測比蚊子還要小得多的,比如說單個細胞,比如說單個分子,我們就需要比細胞和分子更小的傳感器,這就是量子傳感器發揮作用的時候了,所以它也被譽為“打開微觀世界的一把鑰匙”。
精密的測量儀器就像科研工作者的眼睛,重要性不言而喻。國儀量子核心團隊來自中科大,他們的目標就是要將量子測量領域的研究成果轉化為產品,實現中國國產精密科研儀器從0到1的突破。
國儀量子公司負責人 賀羽:我們當時是買了一臺高端的進口的儀器,遇到臨時漲價、維修困難等這一系列糟心的事情,那個時候我們就下定決心,我們要做中國自己的、國產的、高端的科學儀器,我們源自中國科大,二三十年前就已經在實驗室里面做了大量的技術積累,同時我們整個的研發團隊也是繼承了實驗室奮斗拼搏的精神,比如說做一個顯微鏡里的極靴,就是鏡頭里面的一個核心部件,我們做了上百次的嘗試和迭代,最后做出來一個最合適的零部件。
從基礎研究的創新,到原理樣機的突破,從一臺科研儀器的研發,到數十臺應用在不同領域、不同場景的精密設備的制造,團隊通過量子級儀器設備的創新打磨,助力科學研究和經濟社會發展。
國儀量子公司負責人 賀羽:我們的儀器現在交付到了世界各地,不只是填補空白、進口替代,我們現在也有一些從0到1的儀器,這些儀器能夠給我們的客戶,給科學家、工程師提供全新的工具,更好地去探索未知。
探訪全球首座量子應用示范變電站
國儀量子團隊的所在地在安徽合肥高新區量子科技和產業中心,在這里10平方公里的范圍內,集聚了量子產業鏈60多家企業,也被稱為“量子大道”。和國儀量子一街之隔,就是我國一個量子技術的示范應用場景——全球首個量子應用示范變電站,應用了這些精密量子傳感器后,變電站有哪些升級?
總臺央視記者 張春玲:這里是位于安徽合肥的世界首座量子應用示范變電站,在這里一共運行了18類85種與量子技術相關的產品和設備。如此微觀的量子是如何與這么宏觀的變電站去結合的?單光子氣象雷達監測設備,通過向空中發射出激光,接收到單光子信息,來對周邊15公里的氣象情況進行精準預測。輸電的電桿上也安裝了一個量子相關的姿態傳感器,它可以精準感知地球磁力萬分之一的敏感信息,從而精準地判斷出這個電桿是否發生了位移,以確保整個變電站的系統安全。
走進這里,仿佛走進了一個未來變電站。量子通信保障著電力信息的傳輸安全,量子計算進行著電力接點間的動態數據計算,量子精密測量則展示了納米精度的超小芯片在感知方面的超強本領。
電力量子感知安徽省重點實驗室 趙龍:這是我們的量子點多參量傳感器,它里面有溫濕度傳感器,有超聲波傳感器,有紫外傳感器,另外還有臭氧、VOC氮氧化物這種氣體傳感器,它可以同時多個維度去監測開關柜里面的實時狀態,它的靈敏度可以達到0.01個ppm,相當于在一個游輪上去找一粒沙子。
電力量子感知安徽省重點實驗室 趙龍:未來其實有很多測量的傳感器都會逐步被量子傳感器所取代,這樣我們不但測得準,而且體積、成本都會大幅降低,這對電力系統的意義就是非常重大的。
量子計算機有何“超能力”?
量子科技的三大主要應用包括,量子計算、量子通信和量子精密測量。去看一臺我國比特數最高的超導量子計算機,它有什么超能力?
在安徽合肥的這間實驗室,記者看到一臺正在運行的量子計算機,它有504個比特,是目前我國比特數最高的超導量子計算機。那么,比特是什么呢?
在傳統電子計算機里,基本的計算單位就是比特,也就是二進制中的0和1。在量子計算中,基本計算單位是量子比特,量子疊加態原理使得每個量子比特同時表示0和1,于是,在相同比特位數下,量子比特的容量和計算效率都是經典比特的2的N次方倍。哪怕只有幾百個量子比特,其潛在算力也可能遠超當今所有超級計算機。
中電信量子集團云網安全部總經理 查子龍:比如說我們對于降水預測的一些探索,證明了未來用量子計算來構建氣象預測模型的可行性。包括像信息安全、密碼破譯,通過我們的量子計算機,已經可以實現20位左右的密碼一個破譯。未來的某個時刻,真正實現通用化是有無限可能的。
不過,這些應用目前還處在探索驗證階段。量子計算距離真正穩定可控,還有不小的差距,要走進實際應用場景,還需要不斷探索。
量子計算的發展,對現有的信息加密體系提出了前所未有的挑戰。如今,在北京量子信息科學研究院,科研團隊正測試一種全新的量子通信技術。它就像一只極其靈敏的“耳朵”,能捕捉到極其微弱的量子信號,而一旦有人試圖竊聽,這個信號就會瞬間“自毀”,確保信息的絕對安全。
眼下,他們正在進行的,就是無線量子傳輸的實驗驗證。未來,這項技術將進一步拓展到星地通信,實現更遠距離的量子傳輸,并最終構建起一個覆蓋全球的安全信息網絡。
多地推動量子科技產業布局
競逐未來賽道
2024年,在工信部等七部門聯合印發的《關于推動未來產業創新發展的實施意見》中,提出制定未來產業發展規劃,開辟量子技術、生命科學等新賽道,創建一批未來產業先導區。近年來,圍繞這一前沿方向,各地依托自身優勢,加速構建差異化產業生態。
合肥是國內量子科技創新發展的重要策源地,目前已建成“量子大道”等量子科技特色園區和集聚帶,預計到2027年將量子產業打造成百億級產業集群。
北京今年7月發布相關政策規劃,提出設立量子產業創業孵化器,加速量子技術實用化進程。
上海圍繞量子計算進行“賽馬制”布局,同步推進多團隊的研發,加快技術創新和產業培育。
深圳近年來相繼打造了大灣區量子科學中心、“量子谷”等產業平臺,完善產業鏈發展。
