今晚的《新聞聯播》頭條報道了一則重磅消息，10月16日下午，中共中央政治局舉行第二十四次集體學習，主題是“量子科技研究和應用前景”。
習近平總書記在主持學習時強調，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。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。
消息一出，“量子科技”這個“看不見的黑科技”一下子火了，但可以說絕大多數人并不真正懂得，因為在很多人看來，這個概念基本上存在于物理教材和科幻電影中。到底什么是量子科技？我國為什么要頂層布局量子科技？
1、什么是量子科技？
“遇事不決，量子力學”。在大量科幻、懸疑類影視作品的影響下，量子理論似乎已經成為解釋一切神秘、未知科學現象難題的終極大招。當量子科技上升為國家頂層科技發展戰略，我們有必要認識一下真實的量子科技到底是什么。
量子是質量、能量等各種物理量的基本單元，比如光子、原子等基本粒子都被統稱為量子。與宏觀世界不一樣，處于微觀世界的量子具有糾纏、疊加等很多特性，所以將量子技術應用到保密通信、超強計算、精密測量等諸多領域，可以實現很多經典信息技術所不能完成的任務。
量子信息技術，是量子物理與信息技術相結合發展起來的新學科，主要包括量子通信和量子計算2個領域。
《新聞聯播》顯示，這次中央政治局集體學習，作講解的是清華大學副校長、中國科學院院士薛其坤。薛其坤在現場講了什么，又提了哪些意見建議，官方并未披露。但是，在9月22日的“2020創新之源大會”上，薛其坤曾對外深度剖析了未來的量子技術。
薛其坤表示，量子技術的應用將給高密度、低能耗的信息存儲帶來了充滿想象的空間，指甲蓋大小的存儲器就能夠存下全世界所有的數據。而可擴展的量子計算機的研發，將極大提升信息處理能力，可謂是信息處理的“核武器”。目前，要加強量子信息技術的三大領域研發。其中，量子計算包括硬件、算法、操作系統和軟件等是核心，量子通信包括密鑰分發等是重要手段，量子測量、傳感和計算則是應用最廣泛的方面。
在“2020創新之源大會”上，薛其坤提出一個判斷——第二次量子技術革命真的來了。薛其坤介紹，信息時代的關鍵核心技術，如晶體管、激光、硬盤、GPS等，都是通過人事量子規律發展起來的，是量子物理的被動應用。量子物理科學發展，觸發了第一次量子技術革命。第一次量子技術革命，是從認識量子世界、發現量子效應到發展量子技術應用。而第二次量子技術革命，從主動操控量子態、量子效應，去發展量子技術和應用。
“通過量子通信、量子計算、量子導航、量子探測等顛覆性技術的突破，形成通達全球的安全通信、算力重組、高靈敏傳感、高精度時空基準等應用，打造量子基礎設施網絡。未來，人類有望打造全球量子互聯網，從電子時代跨越到量子時代。”薛其坤說。
2、我國處在什么道次上？
今年9月，央視新聞頻道在《創新跨越2020·量子通信》節目中介紹：量子科技，是國際最為關注的前沿熱點之一。“十三五”期間，我國成功發射了世界首顆量子科學實驗衛星、建成世界首條千公里級量子干線、完成世界首次洲際量子通信，在量子通信領域取得一系列重大進展，使我國在國際量子通信領域的賽道上繼續保持領跑地位。
在位于安徽合肥的中國科學院量子信息與量子科技創新研究院，中國科學技術大學教授、中國科學院院士潘建偉院士和同事們正在研討量子衛星網絡的建設規劃。2016年，我國成功發射世界首顆量子通信實驗衛星“墨子號”，并圓滿完成了星地量子密鑰分發等三大科學目標。然而，要構建天地一體化的全球量子通信網絡，量子通信還面臨很多急需攻關的核心技術。
潘建偉說：“我們這一兩年技術上有很好的進步，空地量子密鑰分發線路的效率得到了大幅度提升，這樣一來，我們天上的載荷就可以做得更小了，就可以由原來的幾百公斤做到幾十公斤，這個成本就可以大幅度地由幾個億降低到千萬的量級。我們希望明年能夠完成微納量子星正樣的研制，具備擇機發射的條件。”
中國科學技術大學教授、“墨子號”科學應用系統總工程師彭承志表示：除了圍繞“墨子號”做一些物理的、通信的實驗之外，我們更重要的精力轉向了下一代空間量子通信網絡的研究，包括未來要把量子通信衛星推向中高軌，甚至于到地球同步軌道，到那時我們就能實現24小時全天時的量子通信了。
“十三五”期間，世界首條千公里級量子保密通信干線——京滬干線建成啟用，與“墨子號”相結合，我國成功實現世界首次洲際量子保密通信。就在今年，潘建偉研究團隊還將無中繼光纖量子密鑰分發的世界距離拓展到了500公里，并成功實現了千公里級基于糾纏的量子保密通信，在量子信息領域取得了一系列重大進展。
量子科技的另一個重大應用前景就是量子計算。量子計算被稱作“自然賦予人類的終極計算能力”，如果將傳統計算機的速度比作“自行車”，量子計算機的速度則可能是“飛機”。在中科大的光量子計算實驗室，研究團隊正在進行攻關的就是50個光子的量子計算研究。量子計算的速度，隨著可操縱光子的數目的增多而呈指數級的上升，所以一旦50個光子的量子計算研究實現成功的話，它對特定問題的計算速度就能夠達到現有的超級計算機的百萬億倍之多。
量子計算被認為是未來推動高速信息處理的顛覆性技術，有望在密碼分析、長周期天氣預報、石油勘探和藥物設計等領域發揮重大作用。目前國際上對于量子計算的研究有很多方案，光子、超冷原子和超導線路等三大體系最受關注。潘建偉介紹，實現可編程可通用的量子計算機或許還需要二十年甚至更長的研究攻關，但專門用于解決一些特定問題的量子模擬機已經顯示出了超強的計算能力。
中科大提出的“十四五”量子計算機發展目標是：五年之內，量子通信方面，要推廣實用化，所以首先要實現地面設備的小型化和成本的大規模降低和量子衛星的實用化；在量子計算方面，在完成量子稱霸的基礎之上，完成一些有價值的專用量子計算機的研制，可以來解決一些在傳統超級計算機里面解決不了的又是有價值的科學問題。
我國科技工作者在量子科技上奮起直追，取得一批具有國際影響力的重大創新成果。總體上看，我國已經具備了在量子科技領域的科技實力和創新能力。同時，也要看到，我國量子科技發展存在不少短板，發展面臨多重挑戰。
3、有了“頂層設計”
十九大后，中央政治局已經多次就前沿技術的相關問題進行了集體學習：2017年12月8日的第二次集體學習，主題是“實施國家大數據戰略”；2018年10月31日的第九次集體學習，主題是“人工智能發展現狀和趨勢”；2019年10月24日的第十八次集體學習，主題是“區塊鏈技術發展現狀和趨勢。
學習的背后，都是在就前沿科技問題、核心技術等問題展開布局。比如，在2017年的那次集體學習時，習近平強調，要瞄準世界科技前沿，集中優勢資源突破大數據核心技術，加快構建自主可控的大數據產業鏈、價值鏈和生態系統；去年10月的那次集體學習，習近平說，要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，明確主攻方向，加大投入力度，著力攻克一批關鍵核心技術，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展。
這次學習，是如何對量子科技進行布局的？
習近平指出，要系統總結我國量子科技發展的成功經驗，借鑒國外的有益做法，深入分析研判量子科技發展大勢，找準我國量子科技發展的切入點和突破口，統籌基礎研究、前沿技術、工程技術研發，培育量子通信等戰略性新興產業，搶占量子科技國際競爭制高點，構筑發展新優勢。
來看看要點——
加強頂層設計和前瞻布局，加強多學科交叉融合和多技術領域集成創新，形成我國量子科技發展的體系化能力；
健全政策支持體系，保證對量子科技領域的資金投入；
加快基礎研究突破和關鍵核心技術攻關，在量子科技領域再取得一批高水平原創成果；
培養造就高水平人才隊伍，造就一批能夠把握世界科技大勢、善于統籌協調的世界級科學家和領軍人才，發現一批創新思維活躍、敢闖“無人區”的青年才俊和頂尖人才；
促進產學研協同創新，提高量子科技理論研究成果向實用化、工程化轉化的速度和效率；
……
量子力學是人類探究微觀世界的重大成果。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。
此番有了“頂層設計”，量子力學必將迎來發展的新風口。
作者 | 觀象君 編輯 | 疾風
