從普朗克提出“量子”概念算起描沟，迄今為止预愤，量子科學(xué)已經(jīng)走過了百年有余贯被。量子科學(xué)在過去一個(gè)世紀(jì)對技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)巨大眼五，量子理論成為了物理學(xué)、化學(xué)彤灶、工程和生物學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)看幼，帶來了晶體管、激光器鹿连、稀土磁體缠染、LED 等諸多重要發(fā)明，使互聯(lián)網(wǎng)溪胖、計(jì)算機(jī)黔琢、太陽能電池、核磁共振成像和全球?qū)Ш降燃夹g(shù)得以實(shí)現(xiàn)肤不。為了慶祝量子科學(xué)的貢獻(xiàn)寻癌、提高對其重要性的認(rèn)識并確保各國能獲得量子教育和機(jī)會(huì)，國際科學(xué)組織聯(lián)盟多年來一直努力推動(dòng)設(shè)立國際量子年豌腮。

聯(lián)合國于2024年6月7日宣布2025年為“量子科學(xué)與技術(shù)之年”绪封，以紀(jì)念海森堡發(fā)表論文《運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)關(guān)系的量子力學(xué)重新詮釋》一百周年。在這篇論文中椰骇，海森堡奠定了物理學(xué)的新基石历扭。

2025年3月11-13日，慕尼黑上海光博會(huì)的20周年之際膨吼，推出集成光子及量子專區(qū)棺氢，結(jié)合“Light激光與量子國際會(huì)議（Light Conference on Laser & Quantum）”，促進(jìn)前沿領(lǐng)域的健康發(fā)展现恼，在健康肃续、穩(wěn)定的土壤上，結(jié)出飽滿豐碩的果實(shí)叉袍。 

隨著國家的重視和廣大科技工作者的普及始锚，“量子”時(shí)常成為網(wǎng)絡(luò)熱詞。市場上不時(shí)出現(xiàn)的諸如“量子掛墜”喳逛、“量子玫瑰”瞧捌、“量子能量貼”之類，則純粹是打著“量子”旗號的虛假產(chǎn)品润文，與量子科技毫無關(guān)系姐呐。

究竟何為量子科技？讓我們一起站在前沿科技的視角下转唉，跳出經(jīng)典世界的局限皮钠，揭開量子世界的神秘面紗……

01量子是什么稳捆？

量子一詞來自拉丁語 “quantus”，意思是 “有多少”麦轰。在物理學(xué)中乔夯，一個(gè)物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，那么這個(gè)物理量是量子化的潘吸，這個(gè)最小單位就被稱為量子醇疮。日常生活中的物質(zhì)由原子組成，原子由原子核和電子組成卤撬，原子核由質(zhì)子和中子組成巴移。對于量子，常常有這樣的疑問：量子是什么粒子柄楼？是否是比電子瞭驴、質(zhì)子、中子更小的粒子翅陪？

圖片來源：站酷海洛

答案是否定的退钱。因?yàn)橹挥性卺槍δ硞€(gè)具體事物時(shí)，才能將某個(gè)粒子定義為量子钠台。例如欠诊，統(tǒng)計(jì)人數(shù)時(shí)，可以有一個(gè)人辟劲、兩個(gè)人臣疑，但不可能有半個(gè)人。所以對于統(tǒng)計(jì)人數(shù)來說徙菠，一個(gè)人就是一個(gè)量子讯沈。光子是光的量子，鐵原子是鐵的量子婿奔，不存在某種粒子專門叫做“量子”芙盘。所以，將量子跟電子脸秽、質(zhì)子、中子比較大小的說法是不合理的痕寓。

02量子有哪些特性父吧？

量子可不只是微小的存在固惯，它還具備諸多奇妙的特性。通常而言片酝，我們可能覺得量子（像光子）僅僅是粒子，然而在 19 世紀(jì)初挖腰，托馬斯?楊所做的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)卻揭示出雕沿，光子竟也有著類似波的性質(zhì)练湿。這表明量子兼具粒子與波的雙重特性，也就是所謂的量子的波粒二象性荡西。

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量子的另一種奇特性質(zhì)谴疾，就是量子的不確定性。當(dāng)對量子進(jìn)行測量時(shí)舵翘，每次僅能確定其中某一種屬性昭怕，而其他屬性依舊成謎。例如服驼，當(dāng)使用儀器測定量子的位置后裙都，卻無法精準(zhǔn)知曉其運(yùn)動(dòng)方向。這種量子的不確定性甚至引發(fā)了愛因斯坦與玻爾這兩位物理學(xué)巨匠之間的 “世紀(jì)大爭論”鹅唠。

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此外咽皮，量子糾纏更是其顯著特性之一。依據(jù)量子糾纏原理给急，宇宙里的任何一個(gè)粒子都存在與之對應(yīng)的 “雙胞胎” 粒子痒渊。即便它們相隔整個(gè)宇宙的遙遠(yuǎn)距離，也始終能保持同步變化穷窃。這樣一對粒子處于同步變化的狀態(tài)呈枉，便是量子糾纏態(tài)。

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在生活中埃碱，隨機(jī)數(shù)隨處可見猖辫。像擲骰子所產(chǎn)生的隨機(jī)性屬于經(jīng)典隨機(jī)，本質(zhì)上是可以預(yù)測的砚殿。例如一個(gè)下落的骰子啃憎，如果預(yù)先知道了和它相關(guān)的所有參數(shù)（骰子的初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及與之碰撞的空氣分子的狀態(tài)等），那么利用超級計(jì)算機(jī)就能在其落地前算出結(jié)果似炎。但量子力學(xué)中的隨機(jī)卻截然不同辛萍，其本質(zhì)上是無法借助任何手段進(jìn)行預(yù)測的，哪怕是 “上帝” 也做不到提前知曉羡藐，這就是量子隨機(jī)贩毕。

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量子疊加態(tài)是量子世界里一種極為神奇又難以用常理理解的現(xiàn)象。在經(jīng)典世界中仆嗦，一個(gè)學(xué)生在某一時(shí)刻要么在教室里認(rèn)真學(xué)習(xí)辉阶，要么在操場上盡情玩耍，只能處于其中一種狀態(tài)瘩扼。但對于一個(gè) “量子學(xué)生” 來說退旅，在沒被觀察前，他可以同時(shí)處于在教室學(xué)習(xí)和在操場玩耍的疊加態(tài)，就好像他同時(shí)在做這兩件事呕长。當(dāng)老師去查看時(shí)疆逸，也就是進(jìn)行觀測，他才會(huì)出現(xiàn)在教室或者操場的某一個(gè)確定的地方悯堂。在量子計(jì)算中巢段，一個(gè)量子比特（qubit）可以同時(shí)處于 0 和 1 的狀態(tài)，相當(dāng)于同時(shí)處理了兩個(gè)信息躯殷。而不像經(jīng)典比特只能依次處理 0 或 1 中的一個(gè) 溢棱。如果有 2 個(gè)量子比特，它們的疊加態(tài)可以同時(shí)表示 00独府、01吩伊、10、11 這 4 種狀態(tài)婆沟；3 個(gè)量子比特能同時(shí)表示 8 種不同狀態(tài)便螟；以此類推，n 個(gè)量子比特就可以同時(shí)表示 2ⁿ種狀態(tài)唠摹。這意味著量子計(jì)算機(jī)可以在一次運(yùn)算中同時(shí)處理2ⁿ個(gè)信息爆捞，隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，其并行計(jì)算能力呈指數(shù)級增長勾拉。換言之煮甥，即使把宇宙中所有的原子都用來制造成一臺傳統(tǒng)的經(jīng)典計(jì)算機(jī)，也比不上一臺由250個(gè)量子位組成的量子計(jì)算機(jī)藕赞。

03兩次量子革命

第一次革命：量子力學(xué)規(guī)律的被動(dòng)探測及其在宏觀體現(xiàn)中的應(yīng)用

百年來成肘，隨著量子力學(xué)的建立而催生的第一次量子革命，帶來了原子能斧蜕、半導(dǎo)體双霍、激光、核磁共振批销、超導(dǎo)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等重大技術(shù)的發(fā)明洒闸，從根本上改變了人類的生活方式和社會(huì)面貌。

第二次革命：對單個(gè)或多個(gè)相互作用量子態(tài)進(jìn)行主動(dòng)操控

自上世紀(jì)九十年代以來均芽，量子調(diào)控技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步丘逸，人們可以深入微觀世界內(nèi)部，操作微觀粒子的量子狀態(tài)肝珍。于是展管，以量子信息科學(xué)為代表的量子科技迅猛發(fā)展，這就是第二次量子革命的興起否胜。

04量子技術(shù)的應(yīng)用

量子世界充滿了神奇與奧秘，基于量子特性發(fā)展起來的量子技術(shù)更是為我們的未來帶來了無限可能芒极！從激光忽愧、核能崇已、晶體管到量子計(jì)算、量子通信脑苫、量子材料贱起，量子技術(shù)正在不斷推動(dòng)人類科技的發(fā)展，新的科技產(chǎn)業(yè)革命也將由此開啟舱踊。

量子信息科學(xué)包括量子通信迫扫、量子計(jì)算、量子精密測量三方面應(yīng)用膳膝，在保障信息傳輸安全诬絮、提高運(yùn)算速度、提升測量精度等方面陶贼，可以突破經(jīng)典技術(shù)的瓶頸啤贩。量子信息科學(xué)將成為信息、能源拜秧、材料和生命等領(lǐng)域重大技術(shù)創(chuàng)新的源泉痹屹，為保障國家安全和支撐國民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供核心戰(zhàn)略力量。

量子計(jì)算

我國在量子計(jì)算領(lǐng)域成績斐然枉氮。先是成功構(gòu)建 76 光子的光量子計(jì)算原型機(jī) “九章”志衍，首次在國際光量子體系達(dá)成 “量子計(jì)算優(yōu)越性” 這一重要里程碑。后續(xù)研發(fā)的 “九章三號” 更是取得重大突破聊替，達(dá)成 255 光子的相干操控楼肪，超越加拿大量子計(jì)算公司 Xanadu，再次奪得光量子計(jì)算的世界領(lǐng)先地位佃牛。與此同時(shí)淹辞，在超導(dǎo)量子體系方面，我國也成果顯著俘侠，先后打造出 62 比特的 “祖沖之號” 和 66 比特的 “祖沖之二號” 超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)象缀，成功在超導(dǎo)量子體系實(shí)現(xiàn) “量子計(jì)算優(yōu)越性”，有力推動(dòng)了我國乃至全球量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展钦将。

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2021年初促弯，福布斯報(bào)道稱，領(lǐng)先的量子計(jì)算將應(yīng)用于人工智能/機(jī)器語言阱纷、金融服務(wù)诲厚、分子模擬、材料科學(xué)辞唤、石油/天然氣蔽曙、安全、制造、運(yùn)輸/物流家澈、IT和醫(yī)療保降ぷ浴（制藥）等各行各業(yè)。量子計(jì)算機(jī)逐步由“實(shí)驗(yàn)室階段”向“工程應(yīng)用階段”邁進(jìn)蚀比。

量子通信

傳統(tǒng)通信的密鑰都是基于非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法弹值，只要是以算法加密的，人們就可以通過計(jì)算進(jìn)行破解甩汞。而量子通信則可以做到很安全豫尽，不被破譯和竊聽，這在數(shù)學(xué)上已經(jīng)獲得了嚴(yán)格的證明顷帖。如果有人竊聽美旧，量子的狀態(tài)就會(huì)因竊聽（測量）發(fā)生改變，密碼接收的誤碼率會(huì)明顯增加窟她，從而引起發(fā)送者和接收者的警覺陈症，而停止該信道的使用。我國的城域城際量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已初步滿足實(shí)用化要求震糖，國家量子骨干網(wǎng)的總里程突破 10000 公里录肯，成功將網(wǎng)絡(luò)覆蓋至京津冀、長三角吊说、粵港澳以及成渝等重要區(qū)域论咏，為地區(qū)間的信息安全傳輸搭建起堅(jiān)實(shí)的橋梁。在衛(wèi)星量子通信這一前沿領(lǐng)域颁井，我國先是成功研制并發(fā)射了全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星 “墨子號”厅贪，在國際上率先達(dá)成星地量子通信，開啟了衛(wèi)星量子通信的新紀(jì)元雅宾。此后倚撰，我國再次發(fā)力，成功將世界首顆量子微納衛(wèi)星 “濟(jì)南一號” 送上太空擅锁，這一創(chuàng)舉為打造低成本且實(shí)用的量子星座筑牢了根基窝秤。與此同時(shí)，衛(wèi)星地面接收站的技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍母谋，其重量從原本的十幾噸銳減至 100 公斤左右幽州，而且還具備了支持移動(dòng)通信的功能，這不僅大大降低了接收站的建設(shè)和運(yùn)營成本堰哗，更為量子通信的普及應(yīng)用提供了有力支撐匙戚，使量子通信能夠更高效地服務(wù)于人們的生活和社會(huì)的發(fā)展。

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量子精密測量

門捷列夫曾經(jīng)說過恐梅，“沒有測量潭三，就沒有科學(xué)”最阿。我國較為成熟的量子測量產(chǎn)品主要集中于量子時(shí)頻同步領(lǐng)域，如成都天奧從事時(shí)間頻率產(chǎn)品粒惜、北斗衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)佣棠，主要產(chǎn)品為原子鐘。此外蜡镶，中電科、航天科技恤筛、航天科工和中船重工集團(tuán)下屬的一些研究機(jī)構(gòu)正逐步在各自的優(yōu)勢領(lǐng)域開展量子測量方面的研究官还。近年來，高校和研究機(jī)構(gòu)對于科研成果的商業(yè)轉(zhuǎn)化支持力度逐步加大毒坛。源于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的國耀量子將量子增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用于激光雷達(dá)望伦，面向環(huán)境保護(hù)、數(shù)字氣象煎殷、航空安全屯伞、智慧城市等，生產(chǎn)高性價(jià)比的量子探測激光雷達(dá)豪直。國儀量子以量子精密測量為核心技術(shù)劣摇，提供以增強(qiáng)型量子傳感器為代表的核心關(guān)鍵器件和用于分析測試的科學(xué)儀器裝備，主要產(chǎn)品包括電子順磁共振譜儀弓乙、量子態(tài)控制與讀出系統(tǒng)末融、量子鉆石原子力顯微鏡、量子鉆石單自旋譜儀等暇韧。隨著量子精密測量技術(shù)的快速發(fā)展粮郁，基于量子精密測量的陀螺及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有高精度、小體積作两、低成本等優(yōu)勢学咸，將為無縫定位導(dǎo)航領(lǐng)域提供顛覆性新技術(shù)。在這場追求更高精度的科技競賽中袒覆，世界各國科學(xué)家研發(fā)的原子鐘還在不斷突破著科學(xué)的極限骤顿。

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在光的微觀世界里，量子如同神秘的精靈孝速，隱匿著無盡奇妙赛虽。量子態(tài)的疊加與糾纏，恰似光的多重舞步與隱秘關(guān)聯(lián)橱殉，看似遙不可及刺泌，實(shí)則與我們的生活緊密交織。光量子的獨(dú)特特性泰啼，正悄然重塑著科技的藍(lán)圖：從超靈敏的量子光學(xué)傳感器男枝，為生物醫(yī)學(xué)探測入微的生命信號酝浦；到基于量子加密的光通信，讓信息在網(wǎng)絡(luò)世界中安全穿梭场刑；再到量子光學(xué)計(jì)算般此，以超乎想象的速度處理海量數(shù)據(jù)，為人工智能牵现、氣候模擬铐懊、藥物研發(fā)等眾多領(lǐng)域帶來前所未有的變革契機(jī)。

2025 年 3 月 11 日 - 13 日瞎疼，慕尼黑上海光博會(huì)將在上海新國際博覽中心盛大拉開帷幕科乎。此次展會(huì)特別設(shè)立熱點(diǎn)專區(qū)集成光子及量子專區(qū)，這里將匯聚全球量子光學(xué)科技成果贼急，搭建起探索量子科技與光融合應(yīng)用的高端平臺茅茂。與行業(yè)先驅(qū)并肩，一同揭開量子光學(xué)的神秘面紗太抓，洞察未來生活的創(chuàng)新變革空闲！

本屆專區(qū)已成功匯聚了巔躍激光、中電科芯走敌、國儀量子碴倾、賦同量子、長光華芯铣修、山東極量遣抄、費(fèi)勉儀器、桂林百銳杭喊、銳光信通庵臼、銳晶、芯思杰烤恃、度亙揽邀、西安立芯、華辰芯光肴奠、蘇黎世儀器辙势、大恒光電等該領(lǐng)域代表性展商，將圍繞量子通信乡优、量子計(jì)算羞媳、量子精密測量、量子材料等方向秫辨，展示集成光子及量子技術(shù)創(chuàng)新成果扼菠。同時(shí)，結(jié)合“Light激光與量子國際會(huì)議（Light Conference on Laser & Quantum）” 這一學(xué)術(shù)交流與思想碰撞的盛會(huì)坝咐，為光電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展注入源源不斷的創(chuàng)新活力循榆，助力其突破現(xiàn)有瓶頸析恢，邁向更為輝煌的未來。

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