引領量子科學革命風騷

「墨子號」量子科學實驗衛星與阿里量子隱形傳態實驗平台建立天地鏈路（2016年12月10日攝）。新華社記者 金立旺攝

量子力學是微觀物理學依賴的基本理論框架。自其提出一百多年來，在物理學基礎與應用的方方面面取得了一個又一個的成功。復旦大學物理系教授施郁將量子信息和量子操控等方面發生著的改變稱為「繼續量子科學革命」。在這場科學革命中，科學家正在努力攀登，在某些領域已經佔據鰲頭。

量子科學革命正在發生

早在20世紀90年代，諾貝爾獎得主、著名物理學家萊德曼曾說，量子力學貢獻了當時美國國內生產總值的三分之一。今天，由量子力學引發的科學革命正在深刻地改變著人類的生產生活方式——量子力學被廣泛應用於各學科領域，量子光學、量子統計、量子化學、量子信息、量子計算等正蓬勃發展。

世界各國紛紛把量子科學作為未來要搶佔的戰略制高點。英國在2013年就宣布將投資2.7億英鎊設立英國國家量子技術計劃，同時成立量子技術戰略顧問委員會。歐盟則計劃於2018年啟動總額為10億歐元的量子技術項目。美國更將量子技術視為未來增強國家安全的重要屏障——美國國家科學技術委員會發布《推進量子信息科學：國家的挑戰和機遇》報告認為，量子計算最終或將顛覆眾多學科領域，因此敦促學術界、工業界和政府相關部門保證量子信息研發的需求。

同樣，對量子科學發展也非常重視。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》將量子調控研究列入四項重大科學研究計劃；「十三五」規劃綱要將量子通信和天地一體化信息網列為十大重點項目；科技部、科學院、國家自然科學基金委員會等科研主管部門也對量子信息領域持續進行著前瞻性、戰略性布局。

如今，形成了很強的量子科學理論和實驗技術儲備，培育了一批優秀的研究團隊，湧現出潘建偉、陳宇翱等眾多在國際上有影響力的科學家，在量子通信、量子計算等研究方向上產生了一批具有重要國際影響的研究成果。

在量子計算領域亮點頻出

在量子計算領域，國際學術界普遍認為基於光子、超冷原子和超導線路體系的量子計算技術最有可能取得突破。用科學技術大學常務副校長、科學院量子信息和量子科技創新研究院院長潘建偉的話說：「在這三個方面均有世界領先的表現。」

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對光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態的產生、操控和探測。《自然·物理學》評價說，這一工作為「基於測量的量子計算鋪平了道路」。

今年5月3日，《自然·光子學》和《物理評論快報》同時刊發了2項科學家在量子計算上取得的進展：製造出光量子計算原型機和實現世界上糾纏數目最多的超導量子比特處理器。

飛躍近在眼前。潘建偉透露，今年年底有望實現20個光量子比特的操縱、20個超導量子比特樣品的設計、製備和測試，併發布量子雲計算平台，「為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定堅實基礎」。

近期，科學院將對量子科學實驗衛星「墨子號」的相關成果進行發布。這又一次證明，在量子通信領域一直保持引領。

2003年，科學技術大學團隊首次實現糾纏態純化以及量子中繼器的成功實驗，首次成功地實現了自由量子態隱形傳輸。而在當時，恐怕沒有人能預見到：將在量子通信領域實現引領。

如今，科學家不僅在基礎理論研究中頻傳佳績，更將量子通信帶入實際應用：建成國際上規模最大的量子通信網路「合肥城域量子通信試驗示範網路」，建設「京滬幹線」量子保密通信工程；2016年量子科學實驗衛星「墨子號」順利升空並開展實驗……在2030年率先建成全球化量子通信衛星網路的目標，正在紮實推進。

我們有理由期待，科學家將在理論研究與應用技術上取得更大突破，在量子科學革命中引領風騷。