新華(hua)社播發消息(xi)，中國科學(xue)技術大學(xue)潘建(jian)偉、陳騰云等(deng)與清華(hua)大學(xue)馬(ma)雄峰合作(zuo)，首次在實驗中實現(xian)了模(mo)式(shi)匹配量子密鑰分發。
量子(zi)密鑰分發基(ji)于量子(zi)力學(xue)基(ji)本(ben)原理，可以實(shi)現(xian)理論上無條(tiao)件安全(quan)的保密通信(xin)，因此(ci)一直是(shi)學(xue)術界的研究熱點(dian)。該項(xiang)研究成果表明，模式匹配量子(zi)密鑰分發在(zai)不需激(ji)光器鎖頻鎖相技術的條(tiao)件下，可以實(shi)現(xian)遠(yuan)距離安全(quan)成碼(ma)且在(zai)城(cheng)域距離有較高成碼(ma)率，極大地降低了(le)協議實(shi)現(xian)難(nan)度，對未(wei)來量子(zi)通信(xin)網絡構建具(ju)有重(zhong)要(yao)意義(yi)。
從遙(yao)遠神秘(mi)的(de)實驗(yan)室走來，量子(zi)科技似乎離我們又近了一步。
當前，利用量(liang)子科(ke)技認識和(he)改造世(shi)界(jie)的浪潮在(zai)世(shi)界(jie)范圍內蓬勃興起。量(liang)子科(ke)技將(jiang)給世(shi)界(jie)帶來怎樣(yang)的變化？請看——
量子“風暴”，方興未艾
您(nin)還以為(wei)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)科(ke)技(ji)是近些年(nian)才出(chu)現的新技(ji)術？其實，量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)科(ke)技(ji)與量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)力學(xue)(xue)相伴相生。1900年(nian)，德(de)國物理學(xue)(xue)家(jia)普朗克提出(chu)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)概念(nian)，隨后，海森堡(bao)、薛定諤、玻爾等一批天(tian)才科(ke)學(xue)(xue)家(jia)奠定了量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)力學(xue)(xue)的理論(lun)框架，量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)時代就這(zhe)樣開啟了。量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)力學(xue)(xue)建立后，催生和發展(zhan)起來一系列科(ke)學(xue)(xue)與技(ji)術，直接或間接改變和提升著人(ren)類(lei)獲(huo)取、傳輸和處理信(xin)息(xi)的方式和能力。
您還以為量(liang)子(zi)科技(ji)(ji)是(shi)遙不可(ke)及的(de)(de)“玄”技(ji)(ji)術(shu)？事實上，量(liang)子(zi)科技(ji)(ji)早(zao)已并將持續(xu)造福(fu)人類社(she)會。晶體管、激光器、核聚變、核磁共(gong)振、全球定位系(xi)統以及無處不在的(de)(de)電腦和互聯網……這些改(gai)變時代的(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)都是(shi)量(liang)子(zi)科技(ji)(ji)的(de)(de)產物。如果說晶體管是(shi)計算(suan)機的(de)(de)基(ji)礎，激光技(ji)(ji)術(shu)是(shi)互聯網的(de)(de)基(ji)礎，那(nei)么(me)量(liang)子(zi)力(li)學直(zhi)接催生了現代信(xin)息(xi)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)發展。
了(le)解(jie)量(liang)子(zi)(zi)科(ke)技之前，須先(xian)了(le)解(jie)量(liang)子(zi)(zi)的(de)一些詭異特性(xing)：“分身術”——量(liang)子(zi)(zi)疊(die)加，即(ji)一個量(liang)子(zi)(zi)可(ke)以同(tong)時(shi)存(cun)在好幾種狀態；“遠程心(xin)靈(ling)感應(ying)”——量(liang)子(zi)(zi)糾纏(chan)，糾纏(chan)的(de)量(liang)子(zi)(zi)如同(tong)一對(dui)有心(xin)靈(ling)感應(ying)的(de)雙胞胎一樣(yang)。同(tong)時(shi)，量(liang)子(zi)(zi)還很(hen)“古(gu)怪”——不可(ke)分割和不可(ke)克隆(long)。劉慈欣在小說(shuo)《球狀閃(shan)電》中這樣(yang)描寫量(liang)子(zi)(zi)現象(xiang)：“不看，它(ta)就(jiu)存(cun)在；看了(le)，它(ta)就(jiu)消失”。
量(liang)子(zi)力學是(shi)復雜的(de)(de)。百年來，量(liang)子(zi)力學一(yi)直(zhi)難(nan)以被大眾理解，甚(shen)至連(lian)它的(de)(de)創造者本(ben)身(shen)都(dou)難(nan)以駕馭。微觀(guan)(guan)尺(chi)度(du)的(de)(de)量(liang)子(zi)世界(jie)具(ju)有“不(bu)確定(ding)性”“重疊性”“不(bu)可觀(guan)(guan)測性”等，這些都(dou)有悖我們對(dui)于世界(jie)是(shi)“客觀(guan)(guan)的(de)(de)”“有規律(lv)的(de)(de)”“可描述的(de)(de)”等常識(shi)認知。
量子(zi)力(li)學(xue)(xue)的觀念(nian)卻又是革命的。量子(zi)力(li)學(xue)(xue)和(he)相(xiang)對(dui)論(lun)的出現(xian)，推翻了由牛頓(dun)、胡克等科學(xue)(xue)家(jia)構建的經典物(wu)理學(xue)(xue)體(ti)系。量子(zi)力(li)學(xue)(xue)給世界帶來了前(qian)所未有(you)的沖(chong)擊(ji)和(he)震撼，以至于許多(duo)科學(xue)(xue)家(jia)在內心對(dui)其充(chong)滿懷疑與畏懼。
然(ran)而(er)，量子(zi)力學與(yu)經(jing)典(dian)(dian)技(ji)術(shu)從來都不是相(xiang)(xiang)互(hu)對抗的(de)(de)。相(xiang)(xiang)反，在(zai)它們相(xiang)(xiang)互(hu)交融的(de)(de)過程(cheng)中(zhong)，量子(zi)力學為(wei)經(jing)典(dian)(dian)技(ji)術(shu)指明(ming)了嶄(zhan)新(xin)的(de)(de)方向。21世紀(ji)以(yi)來，科(ke)學家不僅利(li)用量子(zi)載體推動經(jing)典(dian)(dian)技(ji)術(shu)的(de)(de)革新(xin)，掀(xian)起一(yi)(yi)輪(lun)又(you)一(yi)(yi)輪(lun)量子(zi)“風(feng)暴”；他(ta)們還反過來利(li)用不斷發(fa)展(zhan)的(de)(de)經(jing)典(dian)(dian)技(ji)術(shu)，實(shi)現對單個(ge)光子(zi)、電(dian)子(zi)、原子(zi)、分(fen)子(zi)等量子(zi)載體的(de)(de)探測和操縱，從而(er)促(cu)進量子(zi)理論的(de)(de)發(fa)展(zhan)。
量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)力學先驅(qu)玻爾(er)曾說：“不為(wei)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)論所(suo)震(zhen)(zhen)驚(jing)者，必然不理解(jie)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)論。”現在，我們或(huo)許可以說：不為(wei)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)科(ke)技所(suo)震(zhen)(zhen)驚(jing)者，必然不了解(jie)量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)科(ke)技。量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)科(ke)技的發(fa)展誕生了一(yi)系列(lie)顛覆傳統(tong)認(ren)知的科(ke)學發(fa)現和(he)科(ke)技發(fa)明(ming)，逐漸成為(wei)經濟社會跨越式發(fa)展、軍事武器顛覆性進步的基石與動力。
量(liang)(liang)(liang)子(zi)科(ke)技(ji)(ji)將(jiang)成為新一輪科(ke)技(ji)(ji)革命和產業(ye)變革的前(qian)沿陣地，全局性(xing)整合(he)量(liang)(liang)(liang)子(zi)科(ke)技(ji)(ji)資源(yuan)、集中力(li)量(liang)(liang)(liang)突破發力(li)，已在(zai)全球形(xing)成廣泛共(gong)識(shi)。各國(guo)紛紛出臺支持量(liang)(liang)(liang)子(zi)技(ji)(ji)術研發的重(zhong)大計(ji)劃(hua)(hua)、倡議和發展政(zheng)策，如美國(guo)量(liang)(liang)(liang)子(zi)“登(deng)月計(ji)劃(hua)(hua)”、歐盟“量(liang)(liang)(liang)子(zi)宣言”旗艦計(ji)劃(hua)(hua)、英(ying)國(guo)“國(guo)家(jia)量(liang)(liang)(liang)子(zi)技(ji)(ji)術計(ji)劃(hua)(hua)”、日本“量(liang)(liang)(liang)子(zi)司令部機構(gou)”等，旨在(zai)從國(guo)家(jia)戰略層面體(ti)系化推(tui)動量(liang)(liang)(liang)子(zi)科(ke)技(ji)(ji)發展。
顛覆經(jing)典，超越極限(xian)
憑借神(shen)奇基(ji)因，量(liang)(liang)子(zi)力學(xue)“天生(sheng)”就從原理(li)上(shang)顛覆了一些經典學(xue)科。當量(liang)(liang)子(zi)物理(li)學(xue)與信息科學(xue)交叉融合，便(bian)產生(sheng)了量(liang)(liang)子(zi)信息技術(shu)。這門新學(xue)科直接引發了第(di)二次量(liang)(liang)子(zi)革命，其代表領域是：量(liang)(liang)子(zi)計算、量(liang)(liang)子(zi)通信與量(liang)(liang)子(zi)精密測量(liang)(liang)。
量(liang)子計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)具有足以顛覆(fu)(fu)經(jing)典(dian)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)(de)能力(li)。與非(fei)0即1的(de)(de)經(jing)典(dian)比(bi)特(te)(te)不(bu)同(tong)，量(liang)子計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)采(cai)用“量(liang)子比(bi)特(te)(te)”，可同(tong)時(shi)處理0和1。因而量(liang)子計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)“九章”一分鐘(zhong)完成的(de)(de)任務，超(chao)級計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)“富岳”需要花費一億(yi)年！這(zhe)不(bu)是(shi)1到100的(de)(de)提升，而是(shi)從“蠟燭(zhu)”到“電(dian)燈”的(de)(de)顛覆(fu)(fu)。當今人類(lei)社(she)會(hui)正朝著“數智時(shi)代”前進，經(jing)典(dian)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)的(de)(de)速度將碰到“天花板”。后摩爾(er)時(shi)代，經(jing)典(dian)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)最有力(li)的(de)(de)競爭者就是(shi)量(liang)子計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)。科(ke)學家們預言，當可以精確操縱(zong)的(de)(de)量(liang)子比(bi)特(te)(te)超(chao)過一定數目時(shi)，量(liang)子計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)的(de)(de)能力(li)將會(hui)遠超(chao)任何一臺經(jing)典(dian)計(ji)(ji)(ji)算(suan)(suan)機(ji)(ji)。
量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計算是量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)科(ke)技中(zhong)關注(zhu)度最高的領域，各國(guo)正在(zai)從包括量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)硬(ying)件(jian)建(jian)設(she)、量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)軟件(jian)建(jian)設(she)、量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)控制、量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)云服務等不同領域發力(li)，聚合體系(xi)化發展(zhan)。2019年IBM首先實現(xian)了50量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比特(te)計算機“IBM-Q”，53量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)比特(te)的“懸鈴(ling)木”（Sycamore）緊隨(sui)其后(hou)。我國(guo)是目前唯一(yi)在(zai)光量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)和超(chao)導量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)兩種(zhong)物理體系(xi)都實現(xian)這一(yi)關鍵技術(shu)突(tu)破的國(guo)家(jia)，以“九章號”“祖沖之號”為代(dai)表的計算原(yuan)型機先后(hou)實現(xian)“量(liang)(liang)子(zi)(zi)(zi)計算優越性”，立起(qi)新的里程碑。
量(liang)子(zi)保(bao)密通(tong)(tong)信相對于傳統保(bao)密通(tong)(tong)信，理論上來看是絕(jue)對安全的。量(liang)子(zi)通(tong)(tong)信是基(ji)于量(liang)子(zi)疊加態或量(liang)子(zi)糾纏效應(ying)，通(tong)(tong)過量(liang)子(zi)隱形傳播、量(liang)子(zi)密鑰(yao)分(fen)發等技(ji)術手段，實現量(liang)子(zi)態信息傳輸(shu)或者量(liang)子(zi)保(bao)密通(tong)(tong)信。量(liang)子(zi)力學(xue)中的不確定性、測(ce)量(liang)坍縮(suo)和(he)不可(ke)克隆三大原理使得通(tong)(tong)信“永不泄密”成為可(ke)能。
對(dui)于(yu)廣域量(liang)子(zi)(zi)通(tong)(tong)信(xin)(xin)，目前國(guo)(guo)際(ji)(ji)上(shang)形成三種(zhong)發(fa)展路線圖：一是通(tong)(tong)過光纖實(shi)現城域量(liang)子(zi)(zi)通(tong)(tong)信(xin)(xin)；二是通(tong)(tong)過中繼實(shi)現城際(ji)(ji)量(liang)子(zi)(zi)通(tong)(tong)信(xin)(xin)；三是通(tong)(tong)過衛(wei)星實(shi)現更遠距離量(liang)子(zi)(zi)通(tong)(tong)信(xin)(xin)。歐盟(meng)等國(guo)(guo)20世紀(ji)90年代起就開(kai)始對(dui)量(liang)子(zi)(zi)通(tong)(tong)信(xin)(xin)進行(xing)研究(jiu)和開(kai)發(fa)，21世紀(ji)后多(duo)國(guo)(guo)已(yi)建立城域實(shi)驗網(wang)，通(tong)(tong)信(xin)(xin)距離超過上(shang)百公里(li)。我國(guo)(guo)于(yu)2016年發(fa)射(she)了世界上(shang)首顆量(liang)子(zi)(zi)衛(wei)星“墨子(zi)(zi)號”，填(tian)補了第三種(zhong)路線圖的(de)空白。2022年6月，“墨子(zi)(zi)號”首次實(shi)現了地球(qiu)上(shang)兩個相距1200公里(li)地面站間的(de)量(liang)子(zi)(zi)態遠程(cheng)傳(chuan)輸，向構建全球(qiu)化量(liang)子(zi)(zi)通(tong)(tong)信(xin)(xin)網(wang)絡邁出重要一步。
量(liang)子(zi)(zi)精密測(ce)(ce)(ce)量(liang)更是(shi)遠遠超越了經典測(ce)(ce)(ce)量(liang)的(de)極限。量(liang)子(zi)(zi)精密測(ce)(ce)(ce)量(liang)以量(liang)子(zi)(zi)為“尺子(zi)(zi)”，利用(yong)微觀粒子(zi)(zi)（光子(zi)(zi)、原(yuan)子(zi)(zi)、離子(zi)(zi)）的(de)量(liang)子(zi)(zi)態進行制備、操控、測(ce)(ce)(ce)量(liang)和讀取，實現對角速度、重力場、磁場、頻率等物(wu)理量(liang)的(de)超高精度“寫真”。神奇的(de)是(shi)，量(liang)子(zi)(zi)世界里測(ce)(ce)(ce)量(liang)結果是(shi)隨機(ji)的(de)，物(wu)體的(de)狀(zhuang)態也會在(zai)(zai)測(ce)(ce)(ce)量(liang)時突然改變，然而(er)，量(liang)子(zi)(zi)精密測(ce)(ce)(ce)量(liang)卻使人類得(de)以在(zai)(zai)精密測(ce)(ce)(ce)量(liang)領(ling)域實現躍遷(qian)。比如，1967年(nian)(nian)銫原(yuan)子(zi)(zi)鐘重新定(ding)義(yi)了“秒”；2010年(nian)(nian)鋁離子(zi)(zi)光鐘達(da)到37億年(nian)(nian)誤差不超過(guo)1秒的(de)驚人水平(ping)……原(yuan)子(zi)(zi)鐘已經從科學幻想，一步步成了航空(kong)航天等領(ling)域的(de)重要(yao)支撐(cheng)。
量(liang)(liang)(liang)子精密測量(liang)(liang)(liang)極(ji)大地提高(gao)了測量(liang)(liang)(liang)精度、穩定性(xing)和(he)靈敏(min)度，它(ta)不(bu)易受環境(jing)干擾，且無須校準。科學家們預言，量(liang)(liang)(liang)子精密測量(liang)(liang)(liang)未來可能徹底改變現有測量(liang)(liang)(liang)儀(yi)器儀(yi)表的形態。目前，各國科學家正在(zai)積(ji)極(ji)開發(fa)量(liang)(liang)(liang)子超分辨顯微鏡(jing)、量(liang)(liang)(liang)子磁(ci)力(li)計、量(liang)(liang)(liang)子陀螺儀(yi)等，許多成果已經應用在(zai)材料、地質(zhi)、生物等相關研(yan)究(jiu)中。
重(zhong)塑世(shi)界，潛能無限
2022年(nian)10月，諾貝爾物(wu)理學獎頒(ban)發給了三位量(liang)子信(xin)息(xi)科(ke)(ke)學領域的(de)(de)科(ke)(ke)學家——阿(a)蘭·阿(a)斯佩、約翰·克勞澤和安東·塞(sai)林格，以表彰他們在量(liang)子信(xin)息(xi)科(ke)(ke)學方(fang)面(mian)作出的(de)(de)突出貢獻(xian)，同時也(ye)激發了全球(qiu)對量(liang)子科(ke)(ke)技(ji)的(de)(de)聚焦(jiao)關注和謀劃攻(gong)關。人們不(bu)禁開始思考，量(liang)子科(ke)(ke)技(ji)將(jiang)以怎樣(yang)的(de)(de)姿態改寫未來世界(jie)？
毫(hao)無(wu)疑(yi)問，量(liang)子(zi)(zi)科(ke)(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)必將造福國計(ji)(ji)民(min)生。量(liang)子(zi)(zi)科(ke)(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)將在密碼保護、城(cheng)市(shi)規劃、道路(lu)設計(ji)(ji)、氣象(xiang)預(yu)測(ce)、金(jin)融分析、戰(zhan)略認(ren)知、新(xin)藥(yao)物研發等領域(yu)，打(da)開全新(xin)圖(tu)(tu)景(jing)。同時，量(liang)子(zi)(zi)科(ke)(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)也會深刻影響(xiang)納米成像(xiang)、室溫超導體(ti)研發、先進農業、能源開發、人工智能等領域(yu)。如今，量(liang)子(zi)(zi)科(ke)(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)給人類帶(dai)來的(de)幫(bang)助已經(jing)初見端倪(ni)。2022年，日本成功利用基于金(jin)剛石的(de)量(liang)子(zi)(zi)傳感(gan)器磁力計(ji)(ji)探測(ce)心(xin)臟(zang)中的(de)異常(chang)磁信號。這意味著，心(xin)磁圖(tu)(tu)或將取代精度不高(gao)的(de)心(xin)電(dian)圖(tu)(tu)，從而更有效(xiao)地治療心(xin)血(xue)管疾病。許多科(ke)(ke)(ke)學家(jia)相信，隨著量(liang)子(zi)(zi)科(ke)(ke)(ke)技(ji)(ji)(ji)在醫學領域(yu)不斷發展，越來越多的(de)不治之癥將被攻克。
量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)科技將(jiang)重(zhong)塑戰爭(zheng)面貌。克勞塞維(wei)茨(ci)曾(ceng)說：“要想通曉(xiao)戰爭(zheng)，必須審視(shi)每個特定時代的(de)主要特征。”信(xin)息化、智(zhi)能(neng)化的(de)未來戰場(chang)(chang)上(shang)，可(ke)能(neng)會出現(xian)這樣(yang)的(de)場(chang)(chang)景(jing)：決(jue)(jue)策機(ji)構(gou)通過量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)優化算法進行(xing)戰爭(zheng)預測(ce)、仿真推演(yan)、大規模(mo)任務(wu)規劃(hua)、資源規劃(hua)等；指揮人員利用裝載了人工智(zhi)能(neng)的(de)量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)計算機(ji)，快速(su)分析海(hai)量(liang)(liang)(liang)戰場(chang)(chang)數據，并進行(xing)智(zhi)能(neng)決(jue)(jue)策；戰場(chang)(chang)上(shang)，量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)通信(xin)將(jiang)打造牢不可(ke)破的(de)新型軍事通信(xin)網，全(quan)域搜索(suo)、智(zhi)能(neng)識別、網狀(zhuang)火(huo)力殺(sha)傷將(jiang)基于絕對信(xin)息安全(quan)生成新型一體化作戰模(mo)式；此外，量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)傳(chuan)感和(he)精密測(ce)量(liang)(liang)(liang)將(jiang)重(zhong)寫戰場(chang)(chang)精度(du)，量(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)雷達將(jiang)徹底(di)終(zhong)結隱身戰機(ji)時代……
更多的(de)(de)(de)科學家，則將(jiang)目光投(tou)向未(wei)知疆域。他們認為，量子科技更重(zhong)要的(de)(de)(de)意義(yi)在于，它(ta)能加深(shen)人們對于自(zi)(zi)身(shen)的(de)(de)(de)理解(jie)，揭(jie)示自(zi)(zi)然(ran)界演進(jin)規(gui)律的(de)(de)(de)秘(mi)密，幫(bang)助人類探索太(tai)空、深(shen)海、地(di)心等更廣袤的(de)(de)(de)空間，接近浩渺宇宙中無法觸(chu)及(ji)的(de)(de)(de)謎團。2021年(nian)加拿大和英國(guo)科學家利用量子模擬，首次(ci)(ci)模擬了基本(ben)量子粒子——重(zhong)子；2022年(nian)我國(guo)科學家首次(ci)(ci)在處于強相互作用極(ji)限下(xia)的(de)(de)(de)費米超流體(ti)中測得神(shen)秘(mi)的(de)(de)(de)“第二聲”的(de)(de)(de)衰(shuai)減率……這(zhe)些(xie)對“宇宙參數密碼(ma)本(ben)”的(de)(de)(de)一步(bu)步(bu)破(po)譯，甚至(zhi)有望支持我們探索遙不可及(ji)的(de)(de)(de)中子星(xing)，了解(jie)宇宙在大爆炸之(zhi)初的(de)(de)(de)情況。
