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量子科學(xué)革命正在發(fā)生 電子器件將迎廣闊市場
2017-06-22
早在20世紀(jì)90年代，諾貝爾獎得主、著名物理學(xué)家萊德曼曾說，量子力學(xué)貢獻(xiàn)了當(dāng)時美國國內(nèi)生產(chǎn)總值的三分之一。今天，由量子力學(xué)引發(fā)的科學(xué)革命正在深刻地改變著人類的生產(chǎn)生活方式——量子力學(xué)被廣泛應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域，量子光學(xué)、量子統(tǒng)計、量子化學(xué)、量子信息、量子計算等正蓬勃發(fā)展。
世界各國紛紛把量子科學(xué)作為未來要搶占的戰(zhàn)略制高點。英國在2013年就宣布將投資2.7億英鎊設(shè)立英國國家量子技術(shù)計劃，同時成立量子技術(shù)戰(zhàn)略顧問委員會。歐盟則計劃于2018年啟動總額為10億歐元的量子技術(shù)項目。美國更將量子技術(shù)視為未來增強國家安全的重要屏障——美國國家科學(xué)技術(shù)委員會發(fā)布《推進(jìn)量子信息科學(xué)：國家的挑戰(zhàn)和機遇》報告認(rèn)為，量子計算最終或?qū)㈩嵏脖姸鄬W(xué)科領(lǐng)域，因此敦促學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府相關(guān)部門保證量子信息研發(fā)的需求。
同樣，我國對量子科學(xué)發(fā)展也非常重視。《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》將量子調(diào)控研究列入四項重大科學(xué)研究計劃;“十三五”規(guī)劃綱要將量子通信和天地一體化信息網(wǎng)列為十大重點項目;科技部、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委員會等科研主管部門也對量子信息領(lǐng)域持續(xù)進(jìn)行著前瞻性、戰(zhàn)略性布局。
如今，我國形成了很強的量子科學(xué)理論和實驗技術(shù)儲備，培育了一批優(yōu)秀的研究團(tuán)隊，涌現(xiàn)出潘建偉、陳宇翱等眾多在國際上有影響力的科學(xué)家，在量子通信、量子計算等研究方向上產(chǎn)生了一批具有重要國際影響的研究成果。
中國在量子計算領(lǐng)域亮點頻出
在量子計算領(lǐng)域，國際學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路體系的量子計算技術(shù)最有可能取得突破。用中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長、中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院院長潘建偉的話說：“我國在這三個方面均有世界領(lǐng)先的表現(xiàn)。”
2016年8月，潘建偉和同事苑震聲、陳宇翱等在國際上首次實現(xiàn)對光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態(tài)的產(chǎn)生、操控和探測。《自然·物理學(xué)》評價說，這一工作為“基于測量的量子計算鋪平了道路”。
今年5月3日，《自然·光子學(xué)》和《物理評論快報》同時刊發(fā)了2項我國科學(xué)家在量子計算上取得的進(jìn)展：制造出光量子計算原型機和實現(xiàn)世界上糾纏數(shù)目最多的超導(dǎo)量子比特處理器。
飛躍近在眼前。潘建偉透露，今年年底有望實現(xiàn)20個光量子比特的操縱、20個超導(dǎo)量子比特樣品的設(shè)計、制備和測試，并發(fā)布量子云計算平臺，“為最終實現(xiàn)超越經(jīng)典計算能力的量子計算奠定堅實基礎(chǔ)”。
中國在量子通信領(lǐng)域領(lǐng)先世界
近期，中國科學(xué)院將對我國量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”的相關(guān)成果進(jìn)行發(fā)布。這又一次證明，中國在量子通信領(lǐng)域一直保持引領(lǐng)。
2003年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊首次實現(xiàn)糾纏態(tài)純化以及量子中繼器的成功實驗，首次成功地實現(xiàn)了自由量子態(tài)隱形傳輸。而在當(dāng)時，恐怕沒有人能預(yù)見到：中國將在量子通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)引領(lǐng)。
如今，中國科學(xué)家不僅在基礎(chǔ)理論研究中頻傳佳績，更將量子通信帶入實際應(yīng)用：建成國際上規(guī)模最大的量子通信網(wǎng)絡(luò)“合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)絡(luò)”，建設(shè)“京滬干線”量子保密通信工程;2016年量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”順利升空并開展實驗……中國在2030年率先建成全球化量子通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)，正在扎實推進(jìn)。
我們有理由期待，中國科學(xué)家將在理論研究與應(yīng)用技術(shù)上取得更大突破，在量子科學(xué)革命中引領(lǐng)風(fēng)騷。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室的潘建偉教授及其同事，利用冷原子量子存儲技術(shù)在國際上首次實現(xiàn)了具有存儲和讀出功能的糾纏交換，建立了由300米光纖連接的兩個冷原子系綜之間的量子糾纏。這種冷原子系綜之間的量子糾纏可以被讀出并轉(zhuǎn)化為光子糾纏以進(jìn)行進(jìn)一步的傳輸和量子操作。該實驗成果完美地實現(xiàn)了長程量子通信中亟需的“量子中繼器”，向未來廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的最終實現(xiàn)邁出了堅實的一步。
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