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量子科技為何重要 對(duì)我們的未來發(fā)展有何影響
2020-10-21 08:48:43來源: 光明日?qǐng)?bào)

中共中央政治局日前就量子科技研究和應(yīng)用前景舉行了第二十四次集體學(xué)習(xí)。習(xí)近平總書記主持學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào):“量子力學(xué)是人類探究微觀世界的重大成果。量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值,是一項(xiàng)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新,將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。”“要充分認(rèn)識(shí)推動(dòng)量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性,加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局,把握大趨勢(shì),下好先手棋。”

量子科技為什么重要?

首先,量子力學(xué)建立以后,就成為整個(gè)微觀物理學(xué)的理論框架,帶來了后者一個(gè)又一個(gè)的成功。

量子力學(xué)解釋了化學(xué)。元素周期表、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)鍵、分子的穩(wěn)定性等,都是量子力學(xué)規(guī)律所導(dǎo)致。

量子力學(xué)幫助我們理解宇宙。我們的宇宙跨越各種尺度,從光到基本粒子,到原子核,到原子、分子以及大量原子構(gòu)成的凝聚態(tài)物質(zhì)。量子力學(xué)對(duì)于認(rèn)識(shí)這些都起了重要的作用,也因此成為現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)。

在微觀的尺度上,各種基本力的統(tǒng)一是理論物理的重大問題,依賴于量子力學(xué)。其他的未解之謎(如暗物質(zhì)和暗能量)的解決也依賴于量子力學(xué)。

很多天文現(xiàn)象,例如恒星發(fā)光、白矮星和脈沖星、太陽中微子的振蕩、宇宙背景輻射,乃至宇宙結(jié)構(gòu)的起源等,都是因?yàn)榱孔恿W(xué)規(guī)律。

很多材料性質(zhì),比如導(dǎo)體、絕緣體、磁體、超導(dǎo)等,源于電子的量子行為。

量子力學(xué)帶來了豐富的技術(shù)和應(yīng)用,深刻地改變了人類的文明和歷史。它讓我們擁有了來自原子核能量這一新能源,也讓我們更有效利用太陽能。核彈影響了世界歷史,核電則是核能的和平利用。

量子力學(xué)為信息革命提供了硬件基礎(chǔ)。激光、半導(dǎo)體晶體管、芯片的原理都源于量子力學(xué)。量子力學(xué)也使得磁盤和光盤的信息存儲(chǔ)、發(fā)光二極管、衛(wèi)星定位導(dǎo)航等新技術(shù)成為可能。沒有量子力學(xué),互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)也不會(huì)存在。

量子力學(xué)也為材料科學(xué)技術(shù)、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)提供了分析工具,包括X射線、電子顯微鏡、正電子湮沒、光學(xué)和磁共振成像等。

所以,量子是我們的老朋友。事實(shí)上,20世紀(jì)90年代,諾貝爾獎(jiǎng)得主萊德曼就指出,量子力學(xué)貢獻(xiàn)了當(dāng)時(shí)美國國內(nèi)生產(chǎn)總值的三分之一?,F(xiàn)在的比例還要高得多,很難找到與量子無關(guān)的新技術(shù)。所以說,量子力學(xué)是當(dāng)代文明的一個(gè)重要基礎(chǔ)。

這些較傳統(tǒng)的科學(xué)技術(shù),建立在量子力學(xué)基礎(chǔ)之上,發(fā)展已經(jīng)比較成熟。而近年來,有了一些量子科技新領(lǐng)域?;趯?duì)單個(gè)量子態(tài)的操控,量子科學(xué)技術(shù)出現(xiàn)了新的方向和新的生命力,正在迎來持續(xù)量子革命的第二次高潮,也可以說是第二次量子革命。比如,通過用量子態(tài)作為信息的載體,量子力學(xué)不僅像以前那樣為信息技術(shù)提供硬件基礎(chǔ),而且還提供了軟件基礎(chǔ)。

這為中國量子力學(xué)和量子信息學(xué)發(fā)展提供了契機(jī)。我國在相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)取得不少成就,而且在有些領(lǐng)域已經(jīng)世界領(lǐng)先。希望能出現(xiàn)更多引領(lǐng)潮流的工作。去年谷歌公司成功研制的一個(gè)量子處理器,能夠在200秒內(nèi)完成一項(xiàng)計(jì)算任務(wù),是目前超級(jí)計(jì)算機(jī)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成的,這就是所謂的量子優(yōu)勢(shì)。這樣的成果,也應(yīng)該在中國出現(xiàn)。

正如習(xí)近平總書記指出的,近年來,量子科技發(fā)展突飛猛進(jìn),成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域,加快發(fā)展量子科技,對(duì)促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用。

(作者:施郁,系量子物理學(xué)家、復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授)

關(guān)鍵詞: 量子科技 未來發(fā)展

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