重磅！量子科技成為國家戰略！通用量子計算機研制難度堪比登月
中央表態！量子科技上升為國家戰略
10月16日，中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行第二十四次集體學習。
領導人在主持學習時指出，要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性，加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局，把握大趨勢，下好先手棋。
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同時，領導人的講話中還從政策、資金、人才、科研、技術等方面，對大力推動量子科技發展做出了更進一步的要求：
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這也意味著，繼區塊鏈之后，量子科技這一前沿科技也成為國家戰略，得到中央層面的大力支持，成為中國增強在科技領域國際核心競爭力的一步「先手棋」。
清華大學副校長、中國科學院院士薛其坤就量子科技相關問題進行了講解，提出了意見和建議。
那么，量子科技究竟是什么呢？
量子科技多重要？不僅是國防利器！還能帶你「穿越時空」
這個略微抽象、被網友調侃「遇事不決，量子力學」的技術為何被中央重視，并上升到國家戰略的高度呢？
實際上，量子技術是基于量子力學原理來結合工程學中的控制論，計算機科學，電子學方法等來實現對量子系統有效控制。
目前的量子技術大致可以劃分為如下四個領域：
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量子科技有多重要？讓世界各國都「恐懼」的量子計算機或許就可以說明。
現在的計算機是以二進制為基礎，二量子計算機在0和1之間有無數種可能，一臺真正的量子計算機運算能力可能超過現在世界上所有計算機運算能力之和。
量子計算機一旦被率先突破，那么現在所有的加密算法都會被馬上破解，全世界的信息將沒有安全可言。
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這也是網絡安全專家們時時恐懼著“Q日”（量子日）的到來——那一天，首臺量子計算機誕生，它足以破解當代絕大多數的加密標準。
而在一些研究者認為，量子糾纏理論甚至可能幫助人類實現「時空旅行」的夢想。
根據量子糾纏理論：如果兩個或兩個以上粒子組成一個系統，那系統中粒子將會相互影響，無論這些粒子在時空中相隔多大的距離。
由此，如果光子A和光子B均能和另一個時空范圍的粒子產生「量子糾纏」，意味著兩個光子是在同一系統中。因此，時間旅行在量子領域或許可行。
自21世紀以來，以量子通信和量子計算為代表的量子信息學蓬勃發展， 相關領域已經囊括了多項國際物理學最高獎項，包括兩次諾貝爾獎（2005年、2012年）和三次沃爾夫獎（2010年、2013年、2018年）。
量子通信和量子計算的重要科學意義已經得到了國際學術界的廣泛認可。
搶占制高點！不只中國，美、歐等多個國家都在布局
為什么中央如此重視量子科技？
從國際意義上來看，「當今世界正經歷百年未有之大變局，科技創新是其中一個關鍵變量。我們要于危機中育先機、于變局中開新局，必須向科技創新要答案?！?/p>
「量子科技發展具有重大科學意義和戰略價值，是一項對傳統技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性技術創新，將引領新一輪科技革命和產業變革方向。」
從國內發展意義上來看，「加快發展量子科技，對促進高質量發展、保障國家安全具有非常重要的作用。」
「要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性，加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局，把握大趨勢，下好先手棋?！?/p>
實際上，作為一項具有重大顛覆性的技術創新，量子科技近年來受到了許多國家的高度重視。
美國、日本、以及歐洲的一些國家近幾年來都在加快量子科技領域的布局。
就在中央政治局學習的前一天，美國國務院在10月15日發布了《關鍵與新興技術國家戰略》（National Strategy for Critical and Emerging Technology）。文中詳細介紹了美國為保持全球領導力而強調發展“關鍵與新興技術”，明確了20項關鍵與新興技術的清單，其中就包括量子信息科學。
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而此前在2018年12月，美國總統特朗普還正式簽署了《國家量子計劃法案》并生效，計劃未來十年內向量子研究注入12億美元資金，并由美國能源部、國家標準與技術研究院、國家科學基金會配合聯邦政府共同落實量子計劃相關項目。
另外據路透社消息，歐盟各國領導人將宣布，他們希望在歐盟預算和復蘇計劃下，在未來7年向歐盟國家提供的1.8萬億歐元中「相當大的一部分」投資于超級計算機和量子計算、區塊鏈、人工智能、5G移動網絡及安全通信等領域。
日本也在2016年10月宣布要發展量子神經網絡等量子計算解決方案，并在2017年11月宣布推出量子神經網絡（QNN）裝置。
可以看到，在「量子計算」這項可能改變未來世界的顛覆性技術面前，世界主要國家都已高度重視，紛紛布局，搶占制高點。
中國自然也不能落后。
「墨子號」首戰告捷，實現洲際量子保密通信
事實上，中國在量子科技領域，是具有先發優勢的，并且已經在量子通訊等取得了可觀的成果。
2016年8月，中國成功發射人類歷史上首顆量子衛星「墨子號」。到2017年，星地量子密鑰分發的成碼率已達到10kbps量級，成功驗證了星地量子密鑰分發的可行性。目前經過系統優化，密鑰分發成碼率已能夠達到100kbps量級，具備了初步的實用價值。
2017年9月，世界首條量子保密通信干線——「京滬干線」正式開通；結合『京滬干線」與「墨子號」的天地鏈路，中國成功實現了洲際量子保密通信。
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2018年1月，中國科技大學與奧地利科學院合作，利用「墨子號」量子衛星，實現7600公里的洲際量子秘鑰分發，并利用共享秘鑰技術，完成加密數據傳輸和視頻通訊。
目前國內也有一批在量子科技領域具有相當實力的上市公司，如國盾量子、中天科技、神州量子、享通光電等。
相關專家估計，總體來看，目前我國在衛星量子通信方向領先美歐等發達國家五年左右時間。但國際上的技術競爭相當激烈，不進步就會被超過。
第二次量子革命興起，全球互聯網進入量子時代！
處在科研革命的前夜，想象力都開始變得匱乏。
量子信息技術是新一代戰略性信息技術，具有真正顛覆世界的重大意義。
成立于2017年的北京量子科學研究院，瞄準世界量子物理與量子信息學最前沿和國家量子領域戰略急需，有國內外頂級人才的加盟，代表著量子領域全球科學的最前沿。
在剛結束的創新之源大會上，清華大學副校長、北京量子信息科學研究院院長薛其坤院士也深度剖析了未來的量子技術，并談到了當前的量子革命。
「量子科學可以說是人類建立的一個最基礎，也是最精確、最深奧的科學體系，大家可能經常會聽到薛定諤的貓，這個貓可以是活的，也可以是死的，在測量之前沒人知道，存在著一個不確定性。
每一個年代都會有新的技術催生出新的革命，上世紀五十年代晶體管和半導體等技術的發展就催生了信息時代。
量子計算、量子通信、量子精密測量和傳感技術的興起和發展，正在推動信息技術向量子信息技術跨越，將可能導致新的技術革命。
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「如果說第一代量子革命是認識量子世界、發展技術的話，我們人類在這個世紀初逐漸迎來一個新的時代那就是第二次量子革命」。
「我們可以用以前發現的量子規律主動設計一個量子芯片，大家現在常說的量子計算、量子通信，還有很多量子精密傳感，都是在此基礎上發展起來的技術?！寡ζ淅ぬ岬健?/p>
通用量子計算機研制難度堪比人類登月
量子計算機相對經典的計算機，不一樣的地方，它的晶體管是一個量子體系。
薛院士給大家舉了一個簡單的例子，經典的計算機只懂0和1，大家都知道2的10次方是1024，也就約等于10的三次方，2的60次方約等于10的18次方。現在最大的超級計算機包含4-5萬CPU，每個CPU包含幾十億晶體管。
理論上，60個理想邏輯比特組成的量子計算機，可以達到經典超算的算力，但是按照目前技術水平，上百萬個物理比特才能構成一個邏輯比特，而邏輯比特的實現任重道遠。
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「當然這個量子計算機的研制比人類首次登月還要困難，對做計算機、控制的人來講這是一個極大的挑戰。」
量子霸權誰與爭鋒：世界強國紛紛入主
大會上，薛院士提到，發展量子技術具有極強的戰略意義和時代意義。今天的量子技術，就好比上世紀50年代的半導體技術。
2018年美國出臺了量子信息科學國家戰略綱要上，歐盟也出臺了《歐盟量子旗艦計劃》，計劃到2022年，總投入6.5億歐元。德國也出臺了自己的量子技術計劃，每年投入1億元來發展，各個西方科技強國高度重視，每個國家都出臺了國家層面的計劃，積極參與到量子革命中來。
去年10月24日，谷歌用53個量子比特的計算機做了一個特殊的非通用計算任務，對一個量子隨機數生成器的輸出進行采樣，只花了200s就完成了目前世界上最快的超級計算機一萬年才能完成的任務。未來，有了量子計算機，我們對高密度芯片的需求就沒這么大了。
量子技術將給存儲等領域帶來革命性進步
現在世界上產生的數據量預計有40ZB，如果一個硬盤的存儲量是1T，一個ZB相當于10億個硬盤，這么多數據怎么存下來？現在量子技術有可能發揮作用。
全世界目前擁有的數據超過3000ZB，光維持數據中心需要的電費就高達2400億人民幣，將來大數據繼續研發下去，能耗必須降下來。
薛院士提到，量子技術可以發揮大作用。假如一個原子可以存儲一比特信息的話，那么一個硬件就可以存儲幾百年的信息，量子就是這樣高密度的信息存儲介質。子技術的應用將給高密度、低能耗的信息存儲也充滿了很多想象的空間。
未來，量子計算、量子通信、量子精密測量和傳感技術將成為量子信息技術發展的重點內容，有可能引領新一輪的技術革命。
薛院士總結到，量子效應的發現和應用，給信息技術帶來了無限的想象空間，全球互聯網將從電子時代跨越到量子時代。
量子時代，你期待嗎？
