量子力学是人类基础物理学的两大支柱之一，解答了许多深刻的物质结构问题，如原子的稳定性、固体的成因、导电性等。量子信息学作为量子力学与信息科学相结合的交叉学科，开启了第二次量子革命。从1901年普朗克提出量子化的概念，到量子力学的系统建立，再到激光、晶体管、核磁共振、发光二极管等技术的发明，这一系列突破被称为第一次量子革命，推动了大量粒子集合的研究。但如今，我们已能操控单个粒子，开发出许多基于单粒子特性的量子技术，例如量子隐形传态、量子优越性等。因此，量子信息被誉为第二次量子革命。

量子信息的三大领域

量子信息科技涵盖量子通信、量子计算和量子精密测量三大领域：量子精密测量：中国在此领域进步显著，但在整体实力上仍落后于美欧；量子计算：中国与美国并驾齐驱。然而，值得注意的是，量子计算目前尚未产生具有实际价值的成果，尚处于发展和投资阶段，许多专家也提醒大众理性看待该领域，以避免炒作；量子通信：中国在此领域全球领先，2016年发射的墨子号卫星是重要的标志。量子保密通信在产业化应用方面，中国的进展也遥遥领先，并已拥有许多实际用户。总体来看，中国在量子通信上领先欧洲3至5年，领先美国5至8年。

量子互联网：量子信息的未来

当前，量子信息科技的趋势是迈向量子互联网。例如，2020年美国发布了量子互联网的建设蓝图，计划在十年内建成全国性量子网络。量子互联网的未来意义主要体现在以下三个方面：

无条件安全性：量子互联网是不可破解的网络。量子密码技术保证了信息的绝对安全，即使对方拥有无限的计算能力，也无法破解量子密钥。

量子计算网络：量子互联网也是量子计算机的应用平台。谷歌的“悬铃木”、中国科大的“九章”和“九章二号”量子计算机，均在特定问题上实现了“量子优越性”，其中“九章二号”对特定问题的求解速度超越当时最强经典计算机达10的24次方倍。未来五到十年，行业目标是利用量子计算实现如新药研发、密码设计等实际成果。

量子精密测量网络：量子互联网还支持量子精密测量。2022年，中国科学技术大学在国际上首次实现了百公里自由空间的高精度时间频率传递，时间传递稳定度达千万亿分之一秒。这种超高精度测量有望推动新一代的计时定义，并支持全球定位系统、矿产勘探和地震监测等领域的创新。

展望未来，量子信息技术将改变人类的生活和认知，甚至可能创造出我们无法想象的奇迹。这一切的实现将有赖于科学家们的努力，也许下一次的突破性贡献将由你们中的一员创造。

作者：《你也可以理解量子信息》风云际会

审核：罗会仟 中科院物理所研究员

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来源: 星空计划

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