十年砺剑・未来已来｜量子科技，何以“量”点纷呈？

  今年是“十五五”开局之年，也是全国科技工作者日设立十周年。十年砥砺奋进，我国量子科技完成了从跟跑追赶、并跑突破到局部领跑的系统性跨越，从量子通信筑牢安全屏障、量子计算刷新算力纪录，到量子精密测量赋能全民健康，一系列关键技术实现自主可控、一批创新成果落地生根。

  在科协频道与光明网联合推出的《十年砺剑·未来已来》节目中，北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院‌副研究员马丹跃，北京量子信息科学研究院高级工程师刘其春，将围绕量子计算与精密测量等内容，带您走进“量子”微观世界。

  解构微观奥秘 读懂量子科学的硬核底色

  叠加态、量子纠缠、量子叠加……诸多专业术语，让量子科学长期被大众误读，甚至被附加上非科学的玄学色彩。

  “很多人对量子科技产生误解，核心是混淆了微观量子世界与宏观现实世界的运行规律。”北京航空航天大学仪器光电学院副研究员马丹跃表示，宏观世界遵循确定性运行法则，物体的状态、位置具有唯一性，而量子世界独有的叠加态、纠缠态，是微观领域客观存在的物理现象，这也是量子科技区别于传统技术的核心特质。

  “在宏观世界里，分身术和心灵感应都不存在，但在量子力学里，它们有专门的学术名词——叠加态和纠缠态。”马丹跃说，“我们的工作，就是把这种神奇的现象驯化成可用的技术。”

  所谓“驯化”，正是量子科技三大应用方向的共同本质，利用叠加态实现并行计算，利用纠缠态实现不可窃听的通信，利用量子态对环境极其敏感的特性实现超高精度的测量。由此衍生出量子计算、量子通信与量子测量三大领域。三大领域互为支撑、协同突破，撑起我国量子科技产业发展的核心骨架。

  北京量子信息科学研究院高级工程师刘其春进一步解释说：“量子是能量世界中不可再分割的最小基础单元，如同日常生活中最小的计价单位，不存在更小的拆分形态。”

  他介绍，百年前，经典物理体系无法解释微观领域的诸多科学难题，量子化概念应运而生。所谓量子科技，就是依托量子微观领域的独特特性，研发新型器件与技术，破解传统经典技术无法攻克的各类行业难题，是前沿科学赋能产业升级的重要路径。

  十年飞跃发展 量子科技未来可期

  科技自立自强是国家发展的战略支撑。过去十年，我国大力推进量子科技事业发展，量子通信持续保持国际领先，量子计算稳居国际第一方阵，量子精密测量的多个方向跃进国际先进行列。

  作为深耕量子领域的“90后”青年科研工作者，马丹跃亲身见证了量子精密测量赛道的十年蝶变。2016年她投身该领域之初，我国量子精密测量研究尚处于起步阶段，行业认知度低、技术积累薄弱，极弱磁场测量的核心灵敏度指标长期被国外垄断，实验设备、核心配件等依赖进口，科研工作处处受限、举步维艰。“当时我们团队的核心目标，就是打破技术垄断，拿下全球顶尖技术指标。”马丹跃坦言。

  极弱磁场测量装置

  历经数年日夜攻坚、反复调试，团队在2019年成功突破极弱磁场测量核心指标，首次超越普林斯顿大学，实现从跟跑到并跑的关键跨越。2023年，团队再度刷新全球纪录。“十年深耕，我们彻底摆脱对进口的依赖，实现核心技术、仪器设备全面自主自研。”马丹跃感慨道。

  量子计算领域的十年发展，同样硕果累累。刘其春将行业发展划分为三个关键阶段。2016至2020年“十三五”时期，国家将量子科技纳入科技创新重大项目，高位布局、重磅投入，成为行业发展的重要里程碑。彼时，京沪干线、“墨子号”量子卫星等重大成果落地问世，北京量子信息科学研究院等专业科研平台相继成立，为我国量子科技规模化发展筑牢根基。

  2020至2023年，我国量子计算产业迎来爆发式增长。“九章”“祖冲之”系列量子计算机相继问世，标志着我国量子计算跻身国际第一梯队。各类量子计算云平台对外开放，让前沿算力走向大众。2024年至今，行业进入全产业链攻坚阶段。聚焦上下游配套技术、产业化落地两大核心，全力实现全链条自主可控。

  产业生态的持续完善，是十年行业发展最鲜明的底色。刘其春介绍，十年前量子科技还被认为是前沿小众领域，如今，国家明确量子科技未来产业核心地位，市场主体纷纷入场布局，产业活力持续释放，行业已形成“产业出题、科研解题、成果转化”的良性闭环，产学研深度融合的创新生态全面成型。

  马丹跃表示，高校科研范式已从传统的论文导向，转向国家需求、民生需求导向，高校当好前沿技术“策源地”，企业做好成果落地“转化器”，联合攻关、人才互通成为行业常态。

  技术落地生根 激活未来产业全新动能

  前沿科技的价值，最终要落在服务发展、惠及民生上。量子精密测量的民生价值，在医疗健康领域率先实现突破。依托超高灵敏度量子探测技术，马丹跃所在团队深耕的“零磁医学”技术，可精准捕捉人体心磁、脑磁微弱信号，能在人体器官尚未发现器质性病变、仅存在功能异常的早期阶段，提前筛查出心肌缺血、癫痫等各类疾病。

  心脑磁装备

  “这项技术颠覆了传统疾病诊疗模式，推动医疗服务从‘以治疗为中心’向‘以健康为中心’转变，前移健康防护关口，助力实现‘治未病’的健康中国目标。”马丹跃介绍，未来该技术还将与CT、MRI、超声等传统医疗技术深度融合，构建多层次、全方位的现代化健康诊疗体系。

  与此同时，量子计算产业化进程稳步提速，未来应用前景广阔。在谈及量子计算机何时普及时，刘其春表示，量子计算机将如同超级计算机一般，成为支撑各行各业高端研发、复杂运算的核心算力底座。他预判，专用量子计算机有望在五年内实现规模化落地，广泛应用于新药研发、产业最优求解等场景，大幅压缩研发周期、降低创新成本，通用量子计算机技术难度更高、体系更为复杂，预计还需10至20年实现成熟普及。

  立足“十五五”新起点，量子科技新一轮技术突破与产业落地蓄势待发。刘其春认为，未来十年，量子纠错技术将是领域核心攻坚重点，有效破解量子比特相互干扰难题后，更稳定、更通用的量子算力产品将持续落地。马丹跃表示，行业发展重心将从实验室极致指标突破，转向工程化、民生化落地，通过攻克多场耦合等工程难题，打造高性价比、可普及的量子设备，同时推动量子技术与传统技术深度融合，让前沿科技真正扎根民生、服务社会。

  着眼行业未来、寄语青年科技工作者，两位专家给出了期许。刘其春说：“上大舞台，干大事业。量子科技是国家重点发展的战略方向，是能干大事、成大业的广阔舞台，欢迎青年人才入局深耕。”马丹跃则寄语青年学子：“我们熬过的每一个至暗时刻，终将成为量子科技照亮民生未来的发光时刻。如果你觉得量子科技很酷，又觉得它很难、很玄学，不要怕，在这个宏大的舞台上，你总能找到自己的方向。”（报道组光明网记者宋雅娟 蔡琳 林佳欣）