量子科技除了是我國(guó)未來(lái)產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向之一，也是會(huì)顛覆未來(lái)的新興科技。近年來(lái)，我國(guó)量子科技領(lǐng)域創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。什么是量子科技？都有哪些應(yīng)用？
近年來(lái)我國(guó)量子科技
創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)
量子技術(shù)，是以量子力學(xué)的基本原理為基礎(chǔ)，利用量子疊加、量子糾纏、量子不可克隆等特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量。
面向這一未來(lái)，中國(guó)已邁出關(guān)鍵步伐。2025年3月，我國(guó)自主研發(fā)的量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之三號(hào)”問(wèn)世，刷新超導(dǎo)體系全球量子計(jì)算優(yōu)越性新紀(jì)錄。
2025年7月，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)打造出“納米雙光子工廠”，制備出保真度達(dá)99.4%的新型量子糾纏光源，為更先進(jìn)的量子應(yīng)用奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)。
在通信領(lǐng)域，科研團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建300公里級(jí)的量子直接通信網(wǎng)絡(luò)，驗(yàn)證了長(zhǎng)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(xiàn)代物理學(xué)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?？茖W(xué)家們利用量子的特性，研發(fā)出強(qiáng)大的量子精密測(cè)量?jī)x器，可以精準(zhǔn)地測(cè)量到很多非常非常小的東西，被稱為“打開(kāi)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(guò)，可并不是你肉眼能看到的這個(gè)器件，而是在這個(gè)針尖兒上，它其實(shí)是原子級(jí)別的。
國(guó)儀量子公司負(fù)責(zé)人 賀羽：首先我們是要加工出來(lái)一個(gè)鉆石探針，鉆石探針的直徑只有500納米，大概是頭發(fā)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(gè)肉眼都無(wú)法看見(jiàn)的傳感器，它在現(xiàn)實(shí)生活中會(huì)有什么用處呢？
國(guó)儀量子公司負(fù)責(zé)人 賀羽：打個(gè)比方，我們可以用體溫計(jì)去測(cè)人的體溫，但是沒(méi)辦法用體溫計(jì)去測(cè)蚊子的體溫，假設(shè)我們還要去測(cè)比蚊子還要小得多的，比如說(shuō)單個(gè)細(xì)胞，比如說(shuō)單個(gè)分子，我們就需要比細(xì)胞和分子更小的傳感器，這就是量子傳感器發(fā)揮作用的時(shí)候了，所以它也被譽(yù)為“打開(kāi)微觀世界的一把鑰匙”。
精密的測(cè)量?jī)x器就像科研工作者的眼睛，重要性不言而喻。國(guó)儀量子核心團(tuán)隊(duì)來(lái)自中科大，他們的目標(biāo)就是要將量子測(cè)量領(lǐng)域的研究成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)中國(guó)國(guó)產(chǎn)精密科研儀器從0到1的突破。
國(guó)儀量子公司負(fù)責(zé)人 賀羽：我們當(dāng)時(shí)是買了一臺(tái)高端的進(jìn)口的儀器，遇到臨時(shí)漲價(jià)、維修困難等這一系列糟心的事情，那個(gè)時(shí)候我們就下定決心，我們要做中國(guó)自己的、國(guó)產(chǎn)的、高端的科學(xué)儀器，我們?cè)醋灾袊?guó)科大，二三十年前就已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里面做了大量的技術(shù)積累，同時(shí)我們整個(gè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)也是繼承了實(shí)驗(yàn)室?jiàn)^斗拼搏的精神，比如說(shuō)做一個(gè)顯微鏡里的極靴，就是鏡頭里面的一個(gè)核心部件，我們做了上百次的嘗試和迭代，最后做出來(lái)一個(gè)最合適的零部件。
從基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新，到原理樣機(jī)的突破，從一臺(tái)科研儀器的研發(fā)，到數(shù)十臺(tái)應(yīng)用在不同領(lǐng)域、不同場(chǎng)景的精密設(shè)備的制造，團(tuán)隊(duì)通過(guò)量子級(jí)儀器設(shè)備的創(chuàng)新打磨，助力科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。
國(guó)儀量子公司負(fù)責(zé)人 賀羽：我們的儀器現(xiàn)在交付到了世界各地，不只是填補(bǔ)空白、進(jìn)口替代，我們現(xiàn)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(xué)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(yīng)用示范變電站
國(guó)儀量子團(tuán)隊(duì)的所在地在安徽合肥高新區(qū)量子科技和產(chǎn)業(yè)中心，在這里10平方公里的范圍內(nèi)，集聚了量子產(chǎn)業(yè)鏈60多家企業(yè)，也被稱為“量子大道”。和國(guó)儀量子一街之隔，就是我國(guó)一個(gè)量子技術(shù)的示范應(yīng)用場(chǎng)景——全球首個(gè)量子應(yīng)用示范變電站，應(yīng)用了這些精密量子傳感器后，變電站有哪些升級(jí)？
總臺(tái)央視記者 張春玲：這里是位于安徽合肥的世界首座量子應(yīng)用示范變電站，在這里一共運(yùn)行了18類85種與量子技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品和設(shè)備。如此微觀的量子是如何與這么宏觀的變電站去結(jié)合的？單光子氣象雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)向空中發(fā)射出激光，接收到單光子信息，來(lái)對(duì)周邊15公里的氣象情況進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。輸電的電桿上也安裝了一個(gè)量子相關(guān)的姿態(tài)傳感器，它可以精準(zhǔn)感知地球磁力萬(wàn)分之一的敏感信息，從而精準(zhǔn)地判斷出這個(gè)電桿是否發(fā)生了位移，以確保整個(gè)變電站的系統(tǒng)安全。
走進(jìn)這里，仿佛走進(jìn)了一個(gè)未來(lái)變電站。量子通信保障著電力信息的傳輸安全，量子計(jì)算進(jìn)行著電力接點(diǎn)間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)計(jì)算，量子精密測(cè)量則展示了納米精度的超小芯片在感知方面的超強(qiáng)本領(lǐng)。
電力量子感知安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 趙龍：這是我們的量子點(diǎn)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(shí)多個(gè)維度去監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜里面的實(shí)時(shí)狀態(tài)，它的靈敏度可以達(dá)到0.01個(gè)ppm，相當(dāng)于在一個(gè)游輪上去找一粒沙子。
電力量子感知安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 趙龍：未來(lái)其實(shí)有很多測(cè)量的傳感器都會(huì)逐步被量子傳感器所取代，這樣我們不但測(cè)得準(zhǔn)，而且體積、成本都會(huì)大幅降低，這對(duì)電力系統(tǒng)的意義就是非常重大的。
量子計(jì)算機(jī)有何“超能力”？
量子科技的三大主要應(yīng)用包括，量子計(jì)算、量子通信和量子精密測(cè)量。去看一臺(tái)我國(guó)比特?cái)?shù)最高的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，它有什么超能力？
在安徽合肥的這間實(shí)驗(yàn)室，記者看到一臺(tái)正在運(yùn)行的量子計(jì)算機(jī)，它有504個(gè)比特，是目前我國(guó)比特?cái)?shù)最高的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。那么，比特是什么呢？
在傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)里，基本的計(jì)算單位就是比特，也就是二進(jìn)制中的0和1。在量子計(jì)算中，基本計(jì)算單位是量子比特，量子疊加態(tài)原理使得每個(gè)量子比特同時(shí)表示0和1，于是，在相同比特位數(shù)下，量子比特的容量和計(jì)算效率都是經(jīng)典比特的2的N次方倍。哪怕只有幾百個(gè)量子比特，其潛在算力也可能遠(yuǎn)超當(dāng)今所有超級(jí)計(jì)算機(jī)。
中電信量子集團(tuán)云網(wǎng)安全部總經(jīng)理 查子龍：比如說(shuō)我們對(duì)于降水預(yù)測(cè)的一些探索，證明了未來(lái)用量子計(jì)算來(lái)構(gòu)建氣象預(yù)測(cè)模型的可行性。包括像信息安全、密碼破譯，通過(guò)我們的量子計(jì)算機(jī)，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)20位左右的密碼一個(gè)破譯。未來(lái)的某個(gè)時(shí)刻，真正實(shí)現(xiàn)通用化是有無(wú)限可能的。
不過(guò)，這些應(yīng)用目前還處在探索驗(yàn)證階段。量子計(jì)算距離真正穩(wěn)定可控，還有不小的差距，要走進(jìn)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，還需要不斷探索。
量子計(jì)算的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有的信息加密體系提出了前所未有的挑戰(zhàn)。如今，在北京量子信息科學(xué)研究院，科研團(tuán)隊(duì)正測(cè)試一種全新的量子通信技術(shù)。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(hào)，而一旦有人試圖竊聽(tīng)，這個(gè)信號(hào)就會(huì)瞬間“自毀”，確保信息的絕對(duì)安全。
眼下，他們正在進(jìn)行的，就是無(wú)線量子傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證。未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)將進(jìn)一步拓展到星地通信，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的量子傳輸，并最終構(gòu)建起一個(gè)覆蓋全球的安全信息網(wǎng)絡(luò)。
多地推動(dòng)量子科技產(chǎn)業(yè)布局
競(jìng)逐未來(lái)賽道
2024年，在工信部等七部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于推動(dòng)未來(lái)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)》中，提出制定未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開(kāi)辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道，創(chuàng)建一批未來(lái)產(chǎn)業(yè)先導(dǎo)區(qū)。近年來(lái)，圍繞這一前沿方向，各地依托自身優(yōu)勢(shì)，加速構(gòu)建差異化產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
合肥是國(guó)內(nèi)量子科技創(chuàng)新發(fā)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(qū)和集聚帶，預(yù)計(jì)到2027年將量子產(chǎn)業(yè)打造成百億級(jí)產(chǎn)業(yè)集群。
北京今年7月發(fā)布相關(guān)政策規(guī)劃，提出設(shè)立量子產(chǎn)業(yè)創(chuàng)業(yè)孵化器，加速量子技術(shù)實(shí)用化進(jìn)程。
上海圍繞量子計(jì)算進(jìn)行“賽馬制”布局，同步推進(jìn)多團(tuán)隊(duì)的研發(fā)，加快技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)培育。
深圳近年來(lái)相繼打造了大灣區(qū)量子科學(xué)中心、“量子谷”等產(chǎn)業(yè)平臺(tái)，完善產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。