量子科技，离我们并不遥远

图为“九章四号”量子计算原型机局部。 新华社发

近日，“张江量子湾”宣布揭牌，上海交通大学量子科技学院、铁马量子实验室公司、张江量子孵化器三大平台同步启动。这也是上海布局量子未来产业的关键一步。

量子科技听上去有些神秘，但它是我国未来产业的重要发展方向之一，也是颠覆未来的新兴科技，展现出广阔的应用场景。那么，量子科技到底是什么？它是如何从科学殿堂走向经济民生场景的？

打开微观世界的一把钥匙

“遇事不决，量子力学”，这是言谈之中的一句调侃，多少给量子力学蒙上了一层神秘的色彩。

但其实，“量子”是一个严肃的物理学概念。我们今天所用到的半导体芯片、医院里的核磁共振、手机里的激光传感器等，都是量子理论的产物。

清华大学物理系博士、中国移动通信研究院未来研究院研究员栾春阳在中国科学技术协会的官方公众号“科普中国”上撰文表示，量子指的是某些物理量在微观相互作用中呈现出的最小份额。以光为例，一个光子就可以看作一份电磁辐射能量。

在大家的直觉里，能量的变化是连续的，就像水流一样，可以多一点、少一点，想多少就多少。但科学家发现，在极其微小的世界里（比如单个电子、原子的层面），能量的传递却是不连续的、跳跃式的。

他用“货币”打了一个形象的比方。货币有最小单位（比如一分钱），大家无法付“0.3分钱”，每一笔交易都只能是“一分一分”地进行。同样的，能量在微观世界里也是“一份一份”传递的，这个最小的“一份”，就叫量子。

量子是微观物理量中不可再分割的最小基本单元。简单来说，光的最小单元是光子，而能量的最小单位就是量子。而量子力学，就是描述“微观世界运行规律”的物理学，它是打开微观世界的一把钥匙。

1913年，理论物理学家尼尔斯·玻尔以量子化理论重构了原子模型，也照亮了量子科学的探索之路。他也是继普朗克和爱因斯坦之后，用量子理论解释自然现象的第三位旗手。

这位物理学巨擘或许不会想到，100多年后，当初那场颠覆经典物理的理论革命，让量子这个深奥的物理学概念慢慢走进普通人的生活。

它是超级的“并行大脑”

那么，量子科技究竟是什么？

量子科技，是以量子力学的基本原理为基础，利用量子叠加、量子纠缠、量子不可克隆等特性，来实现量子计算、量子通信和量子测量等颠覆式的应用。

这些应用包括：让算力狂飙、实现指数级飞跃的量子计算；实现安全传输无法窃听的量子通信；还有把测量灵敏度拉到满格，直接打破感知极限的量子精密测量。

如果说一百年前，量子力学的诞生重塑了人类对物质世界的认知；今天，量子科技已经开始走出实验室，成为驱动新一轮科技革命与产业变革的重要引擎。

目前，量子技术中最受关注、也最令人期待的应用方向，恐怕是量子计算。那么，量子计算和普通电脑有何不同？

普通电脑和手机就像单线解题的学生，一次只能处理一个问题，而面对复杂的海量数据，它们只能排队逐一计算，遇到超级难题更要耗费难以想象的漫长时间。

而量子计算就是一个超级的“并行大脑”，量子计算机依托量子叠加与纠缠的特性，可以在特定问题上实现计算加速。比如在高斯玻色采样、随机线路采样等特定任务上，经典超级计算机可能需要极长时间，量子计算机可能几分钟就能搞定。无论是新药分子模拟、极端天气预测、新材料研发，还是特定密码分析，它都为经典超算难以高效处理的问题提供了新的解决思路。

今年5月，我国成功研制出可编程量子计算原型机“九章四号”，其针对特定问题的算力远超当前全球最快超级计算机。量子计算一旦发展成熟，它将在许多方面带来颠覆性的改变。比如医药研发，可模拟复杂的分子结构，加速新药研发进程。

专家同时指出，量子计算听起来很美好，但现实还存在差距，因为今天的量子计算机，离真正好用还差得较远。

2025年诺贝尔物理学奖得主约翰·M.马蒂尼斯撰文指出，量子计算的下一个突破将来自工厂，而不是物理实验室。他认为，通用量子计算机需百万级物理量子比特，远超当前水平，这意味着量子工业化已成为行业核心趋势，更是各国竞争的重要制高点。

量子技术可以“守口如瓶”

量子技术不仅“算得快”，还能“守口如瓶”，保护我们的通信安全。

如今，在国内一些量子信息科学研究院，科研团队都在测试一种全新的量子通信技术。它就像一只极其灵敏的“耳朵”，能捕捉到极其微弱的量子信号，而一旦有人试图窃听，这个信号就会瞬间“自毁”。

这就是量子科技当中的量子通信应用。不妨把量子信号比喻成一架平衡十分脆弱的精密天平。一旦有人试图探测、窃听或复制信号，哪怕是极其微弱的干扰，都会瞬间打破这种平衡，改变量子的原有状态，从而从根源上杜绝信息泄露与被篡改的风险。

我们日常使用的手机通信、网络传输，都依赖代码加密。只要算力足够、技术到位，再复杂的密码也有被破解的风险。有了量子通信，就像自带一套实时防盗警报的加密专线，量子密钥依靠量子不可克隆的定理，实现无条件安全的信息传输。

我国研制的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，如同遨游太空的量子信使与太空防窃听基站，把量子密钥送上千公里高空做远距离验证，打通天地间无条件安全的量子保密通道，迈出构建全球量子安全通信网络的关键一步。

为人类打开“慧眼”

量子科技的第三个应用——量子精密测量，是我们感知微观世界的“慧眼”。

传统测量设备如同普通卷尺、体温计，精度有限，难以捕捉细微变化。而量子作为高度敏感的微观单元，外界哪怕一丝温度、重力或磁场的微小变化，都会引发量子态的改变。

基于这些特性研发的量子传感器与测量设备，堪称一把“微观超级尺子”，其测量精度较传统设备提升数百甚至数千倍，能捕捉到以往人类仪器完全无法感知的细微变化。

量子传感器如今已应用到医学领域，能够更快更精准并且无创地筛查心脏早期疾病。一些国产量子精密传感医疗设备可捕捉人体早期病变的微观信号，比传统体检手段更早、更精准地筛查潜在病变与疑难病症。

当年，法拉第发现了电磁感应现象，有人问他“这除了能电人，还有什么用？”那时候，没有人能想象电会变成今天这个世界运转的基础。

如今的量子科技，或许就是下一代信息文明的“电力”。此刻它还处在起步阶段，许多应用还在探索之中，这门源于微观世界的新技术，正在埋下未来时代的种子，改变我们的世界和生活。

原标题：《量子科技，离我们并不遥远》