量子飲用水、量子秋褲、量子排毒、量子鍋鏟……“量子”二字曾以其在公眾眼中的“高科技標(biāo)簽”，被動(dòng)參與了眾多“忽悠”。

很少有人知道，如今科學(xué)界，已經(jīng)逐步進(jìn)入“第二次量子革命”。

23日舉行的浦江創(chuàng)新論壇“未來(lái)（科學(xué)）論壇”以“新型量子器件和量子計(jì)算的發(fā)展”為主題，多位國(guó)際上最頂尖的量子器件和量子計(jì)算方面的專家熱議量子。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的杜江峰院士看來(lái)，如果說(shuō)“第一次量子革命”，是人類對(duì)已經(jīng)存在的現(xiàn)象，進(jìn)行被動(dòng)地探究、應(yīng)用，那么正在逐步轉(zhuǎn)入的“第二次”，其核心在于科學(xué)家在認(rèn)知基礎(chǔ)上，主動(dòng)打造形成更多量子器件。

量子的“疊加”與“糾纏”

北京大學(xué)的謝心澄院士從最基礎(chǔ)的概念出發(fā)，解析“量子”。

根據(jù)量子理論，量子是最小的、不可再分割的能量單位。中學(xué)物理書上提到的分子、原子、電子，其實(shí)都是量子的不同形式。在日常生活的宏觀世界里，物體的位置、速度等，都可以通過(guò)經(jīng)典力學(xué)精確測(cè)算。但在微觀量子世界里，卻有著截然不同的奇妙物理規(guī)則，最有代表性的是“疊加”與“糾纏”。

在宏觀世界，任何物體在某一時(shí)刻都有確定的狀態(tài)和位置。但在微觀世界，量子卻同時(shí)處于多種狀態(tài)和多個(gè)位置的“疊加”。物理學(xué)家薛定諤曾用一只貓比喻量子疊加：箱子里有一只貓，在宏觀世界中它要么是活的，要么是死的。但在量子世界中，它可以同時(shí)處于生和死兩種狀態(tài)的疊加。

與此同時(shí)，量子的狀態(tài)還經(jīng)不起“看”：如果你去測(cè)量，它就會(huì)從多個(gè)狀態(tài)、多個(gè)位置，變成一個(gè)確定的狀態(tài)和位置了。也就是說(shuō)，如果你打開(kāi)“薛定諤的箱子”，貓的疊加態(tài)就會(huì)消失，你會(huì)看到一只活貓或一只死貓。而“量子人”的“分身術(shù)”也會(huì)消失，他會(huì)出現(xiàn)在北京或上海。

更為奇妙的是，根據(jù)量子理論，如果兩個(gè)量子之間形成“糾纏態(tài)”，那么無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，當(dāng)一個(gè)量子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個(gè)也會(huì)“瞬間”發(fā)生相應(yīng)變化。愛(ài)因斯坦曾把這一現(xiàn)象稱作“鬼魅般的超距作用”。

論壇上，謝教授展示了一張當(dāng)時(shí)頂級(jí)物理學(xué)家共同研討一個(gè)宏觀量子現(xiàn)象時(shí)拍下的照片，當(dāng)時(shí)的愛(ài)因斯坦還很年輕，“明顯還不能居中而坐，還是站著的”。

　　從“被動(dòng)”轉(zhuǎn)換到“主動(dòng)”

參會(huì)的杜江峰院士，做量子計(jì)算研究，到現(xiàn)在已經(jīng)是第24個(gè)年頭了。他說(shuō)，“前12年，我們買儀器；后12年，我們自己做儀器?！?/p>

他指出，第二次量子革命是科學(xué)界從被動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)，利用量子特性，開(kāi)發(fā)出量子通信、量子計(jì)算和量子精密測(cè)量等創(chuàng)新應(yīng)用。

這些應(yīng)用的革命性在于，量子通信可以在理論上做到通信的絕對(duì)保密，量子計(jì)算可以令人類的運(yùn)算能力實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，如傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要數(shù)萬(wàn)年才能破解的復(fù)雜密碼，量子計(jì)算機(jī)幾秒鐘內(nèi)就能破解。傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)最小只能探測(cè)到微米量級(jí)，而量子測(cè)量可以進(jìn)一步精細(xì)千倍、萬(wàn)倍達(dá)到原子量級(jí)。

當(dāng)測(cè)量“工具”精度達(dá)到新的極端，人類觀察世界的視野就會(huì)變得不同。杜教授舉例，現(xiàn)在醫(yī)院核磁共振設(shè)備，可以觀察直徑一毫米的人體組織，而量子前沿研究領(lǐng)域，精度縮小到10納米，甚至可以直接觀察一個(gè)微小的肝癌細(xì)胞。

可以做的遠(yuǎn)不止于此。有了更厲害的工具，物理學(xué)家對(duì)宇宙的測(cè)量有了新的方法。目前宇宙中包含約95%的暗物質(zhì)暗能量，這些都不是物理學(xué)現(xiàn)有定義中標(biāo)準(zhǔn)粒子可以解釋的。各國(guó)科學(xué)家們利用量子研究的突破，嘗試尋找新的標(biāo)準(zhǔn)粒子，推動(dòng)科學(xué)疆界的拓展。他參與的中國(guó)科學(xué)團(tuán)隊(duì)，也是其中之一?！拔覀兊姆椒ㄊ亲约合氲模O(shè)備自己搭的，就在實(shí)驗(yàn)室里1-2米大小的桌上，”杜教授透露。

　　量子技術(shù)已成必爭(zhēng)之地

縱觀全球，量子技術(shù)研究已成兵家必爭(zhēng)之地。

早在《2013年秋季聲明》中，英國(guó)政府即宣布將投資2.7億英鎊設(shè)立英國(guó)國(guó)家量子技術(shù)計(jì)劃，同時(shí)成立量子技術(shù)戰(zhàn)略顧問(wèn)委員會(huì)。此舉的目的是在接下來(lái)的20年里對(duì)于新的量子工作和投資予以指導(dǎo)，幫助量子行業(yè)扎根英國(guó)，并帶來(lái)盈利、增長(zhǎng)和可持續(xù)發(fā)展。

歐盟委員會(huì)計(jì)劃啟動(dòng)量子技術(shù)項(xiàng)目，希望借此促進(jìn)包括安全的通信網(wǎng)絡(luò)和通用量子計(jì)算機(jī)等在內(nèi)的多項(xiàng)量子技術(shù)的發(fā)展，充分利用量子技術(shù)的發(fā)展，更好地解決健康、能源、環(huán)境和安全等領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。

2011年12月，日本便在學(xué)術(shù)審議會(huì)尖端研究基礎(chǔ)委員會(huì)下設(shè)“光·量子束研發(fā)作業(yè)委員會(huì)”。該機(jī)構(gòu)立足于光·量子技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀與國(guó)內(nèi)外的情況，針對(duì)現(xiàn)在的課題以及今后推進(jìn)的戰(zhàn)略政策方針進(jìn)行研討。日本還將其運(yùn)用到新素材的開(kāi)發(fā)以及品種改良、研制新藥品等諸多領(lǐng)域，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的高度化發(fā)展，增強(qiáng)了日本的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

近年來(lái)，我國(guó)也多次創(chuàng)造量子比特糾纏數(shù)量的世界紀(jì)錄；發(fā)射世界首顆量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，實(shí)現(xiàn)千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)三大科學(xué)目標(biāo)；開(kāi)通世界首條量子保密通信干線“京滬干線”，實(shí)現(xiàn)世界首次洲際量子保密通信。