
量子力学是人类探究微观世界的重大成果。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值,是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新,将引领新一轮科技革命和产业变革方向。
“要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性,加强量子科技发展战略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋。”
量子科技为什么重要?
首先,量子力学建立以后,就成为整个微观物理学的理论框架,带来了后者一个又一个的成功。
量子力学解释了化学。元素周期表、化学反应、化学键、分子的稳定性等等,都是量子力学规律所导致。
量子力学帮助我们理解宇宙。我们的宇宙跨越各种尺度,从光到基本粒子,到原子核,到原子、分子以及大量原子构成的凝聚态物质,认识这些,量子力学都起了重要的作用,也因此成为现代技术的基础。
在微观的尺度上,各种基本力的统一是理论物理的重大问题,依赖于量子力学。其他的未解之谜(比如暗物质和暗能量)的解决也依赖于量子力学。
很多天文现象,例如恒星发光,白矮星和脉冲星,太阳中微子的振荡,宇宙背景辐射,乃至宇宙结构的起源,等等,都是因为量子力学规律。
很多材料性质,比如导体、绝缘体、磁体、超导,等等,源于电子的量子行为。
量子力学带来了丰富的技术和应用,深刻地改变了人类的文明和历史。它让我们拥有了来自原子核能量这一新能源,也让我们更有效利用太阳能。核弹影响了世界历史,核电则是核能的和平利用。
量子力学为信息革命提供了硬件基础。激光、半导体晶体管、芯片的原理都源于量子力学。量子力学也使得磁盘和光盘的信息存储、发光二极管、卫星定位导航等新技术成为可能。没有量子力学,互联网和智能手机也不会存在。
量子力学也为材料科学技术、医学和生物学提供了分析工具,包括x射线,电子显微镜,正电子湮没、光学和磁共振成像,等等,
所以,量子是我们的老朋友。事实上,1990年代,诺贝尔奖得主莱德曼就指出,量子力学贡献了当时美国国内生产总值的三分之一。现在的比例还要高得多,很难找到与量子无关的新技术。所以说,量子力学是当代文明一个重要基础。
这些较传统的科学技术,建立在量子力学基础之上,已经发展比较成熟。而近年来,有了一些量子科技新领域。基于对单个量子态的操控,量子科学技术出现了新的方向和新的生命力,正在迎来持续量子革命的第二次高潮,也可以说是第二次量子革命。比如,通过用量子态作为信息的载体,量子力学不仅像以前那样为信息技术提供硬件基础,而且还提供了软件基础。
这提供了中国量子力学和量子信息学发展的契机。我国在相关领域已经取得不少成就,而且在有些领域已经世界领先。希望能出现更多的引领潮流的工作。去年谷歌公司成功研制的一个量子处理器,能够在两百秒内完成一项计算任务,是目前超级计算机需要很长时间才能完成的,这就是所谓的量子优势。
量子信息科学(QIS)基于独特的量子现象,如叠加、纠缠、压缩等,以经典理论无法实现的方式来获取和处理信息,技术应用包括量子传感与计量、量子通信、量子模拟及量子计算等方面,它将在传感与测量、通信、仿真、高性能计算等领域拥有广阔的应用前景,并有望在物理、化学、生物与材料科学等基础科学领域带来突破,未来可能颠覆包括人工智能领域在内的众多科学领域。
量子信息科学(QIS)基于独特的量子现象,如叠加、纠缠、压缩等,以经典理论无法实现的方式来获取和处理信息,技术应用包括量子传感与计量、量子通信、量子模拟及量子计算等方面,它将在传感与测量、通信、仿真、高性能计算等领域拥有广阔的应用前景,并有望在物理、化学、生物与材料科学等基础科学领域带来突破,未来可能颠覆包括人工智能领域在内的众多科学领域。
