很多人覺得量子科技晦澀難懂、自帶“科幻濾鏡”，甚至將其與玄學畫上等號。事實上，量子科技是基於量子力學原理發展而來的新一代顛覆性資訊技術，已成為全球科技競爭的核心賽道。量子究竟是什麼？它的哪些特性能為我們所用？國家級人才、國家重點研發計畫首席科學家、北京航空航太大學教授周苗為我們解鎖量子科技這些事兒。  

量子到底是什麼？  

我們日常所處的宏觀世界具有“連續變化”的特徵，比如水溫的升降、身高的增長、距離的遠近，都能平滑增減，不存在固定的最小單位。但微觀世界的能量與物質變化卻是不連續的、跳躍式的，量子正是微觀物理量中不可再分割的最小基本單元。簡單來說，光的最小單元是光子，而能量的最小單位就是量子。  

經典物理規則適用於我們看得見、摸得著的宏觀世界，而量子力學，則是解釋原子、光子、電子等微觀粒子運行規律的核心理論，也是量子計算、量子通信、量子精密測量等所有量子技術的根基。  

三大量子核心特性  

量子疊加：同時存在的“雙重狀態”  

宏觀世界裏，事物的狀態具有唯一性：燈非開即關，開關狀態非0即1。但量子可以同時處於多種狀態的疊加，也就是說，它在被觀測前可以同時具有0和1的可能性。這正是量子計算的核心優勢所在——傳統電腦1個比特只能處於1種狀態，而1個量子比特可同時處於多種狀態；量子計算正是利用這種疊加特性，使由N個量子比特組成的系統能夠同時表徵2的N次方個基態的組合狀態，算力呈指數級增長，這是經典電腦永遠無法突破的性能上限。  

量子糾纏：隔空聯動的“微觀默契”  

兩個相互糾纏的量子，無論被分隔多遠，哪怕相距數千公里乃至上萬公里，只要其中一個量子的狀態發生改變，另一個會瞬間同步變化，不受距離和速度限制。愛因斯坦將其稱為“幽靈般的超距作用”。這一特性徹底顛覆了傳統資訊傳輸的邏輯，正是量子通信實現超遠距離傳輸與高效聯動的核心基礎。  

量子不可克隆：天生的“安全護盾”  

量子世界有一條鐵律：未知的量子態無法被精准複製。更關鍵的是，任何竊聽或探測行為都會擾動量子態，導致傳輸信號發生改變。簡單來說，量子通信不存在“偷偷竊聽”的可能，只要有人試圖竊取資訊，通信雙方就能立刻察覺，這正是傳統加密技術無法比擬的優勢。  

三大量子硬核賽道  

很多人都聽說過“量子”，卻未必清楚量子技術究竟能解決哪些問題。當前，量子科技的落地應用主要聚焦三大核心賽道：量子計算、量子通信與量子精密測量。這三項技術恰好對應人類亟待突破的三大難題——實現更快的運算速度、更安全的資訊傳輸、以及更精准的測量能力。  

量子計算：超級“並行大腦”  

普通電腦和手機就像單線解題的學生，一次只能處理一個問題，面對複雜海量的數據，它們只能排隊逐一計算，遇到超級難題就要耗費難以想像的漫長時間。而量子電腦依託量子疊加與糾纏特性，可以在特定問題上實現計算加速。無論是新藥分子模擬、極端天氣預測、新材料研發，還是特定密碼分析，它都為經典超算難以高效處理的問題提供新的解決思路。  

作為我國自主研發的光量子計算原型  機，“九章四號”可精准操縱3050個光子，在執行高斯玻色取樣任務中，生成一個樣本僅需25微秒，而使用目前世界上最強大的超級電腦和最好的經典演算法，需要超過10的42次方年的時間——經典超算要億億億億億億年完成，量子優勢比達到10的54次方量級；不同於光量子路線，祖沖之系列專注於超導量子領域。最新迭代的祖沖之3.2號搭載107比特超導量子處理器，單、雙比特門保真度（衡量量子運算精准度的指標，數值越高，運算出錯率越低、穩定性越強）均達到全球領先水準，持續刷新我國超導量子計算的性能紀錄。

4月10日拍攝的“九章四號”量子計算原型機局部。新華社記者 周牧 攝  

量子通信：自帶“防竊聽妙招”  

我們日常使用的手機通信、網路傳輸，均依賴代碼加密。再複雜的密碼，只要算力足夠、技術到位，就存在被破解、竊聽的風險。量子通信則實現了物理層面的絕對安全，其核心依託量子糾纏與量子不可克隆特性。量子信號就像一架平衡很脆弱的精密天平，一旦有人試圖探測、竊聽或複製信號，哪怕是極其微弱的干擾，都會瞬間打破這種平衡，改變量子的原有狀態。此時通信雙方能第一時間察覺異常，從根源上杜絕資訊洩露與篡改的風險。  

我國研製的全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，突破了地面光纖傳輸距離的限制，率先實現千公里級星地量子密鑰分發與量子隱形傳態，真正打通了量子通信天地互通的全新鏈路。而作為全球首條2000公里級廣域量子保密通信骨幹網絡，“京滬幹線”串聯北京、上海等二十餘座城市，已穩定投入商用，為涉密傳輸、金融交易、電力調度等關鍵領域，築牢了物理級安全的資訊屏障。  

量子精密測量：微觀“超級尺子”  

傳統測量設備如同普通卷尺、體溫計，精度有限，難以捕捉細微變化。而量子作為高度敏感的微觀單元，外界哪怕一絲溫度、重力或磁場的微小變化，都會引發量子態的改變。基於這一特性研發的量子感測器與測量設備，堪稱精度拉滿的“微觀超級尺子”，其測量精度較傳統設備提升數百甚至數千倍，能捕捉到以往人類儀器完全無法感知的細微變化。  

我國國產量子陀螺儀精度領先，無需依託GPS衛星信號即可實現長時間、高精度自主導航；國產量子重力設備能精准捕捉地下重力的細微差異，無需鑽探深挖就能“透視”地下結構；國產量子精密傳感醫療設備可捕捉人體早期病變的微觀信號，比傳統體檢手段更早、更精准地篩查潛在病變與疑難病症。  

量子科技並非噱頭或玄學，而是一套擁有嚴謹科學理論支撐、經得起實驗驗證的顛覆性硬核技術。當前，全球量子科技整體處於從實驗室研發向產業化落地過渡的階段，尚未全面普及民用，但核心技術突破與場景落地正加速推進。未來，量子科技將逐步走進大眾生活，徹底改變算力、通信、探測、醫療等諸多領域。（林雨南 郭曉婷）