量子科技在未来带来的颠覆性影响.docx

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1、量子科技在未来带来的颠覆性影响前言近些年，“量子”“量子力学”这些名词的热度不断飙升，与之相关的量 子科技也得到了世界各国的广泛关注，国外各界尤其是高新技术产业界正在不 断加大量子科技方面的研究力度。一时间，量子科技这一前沿技术如洪水一般 快速发展，并且成为推动数字时代产业革新、计算结构升级以及经济快速高质 量发展的重要引擎，量子科技领域研发热潮不断攀升。目录前言11 .量子科技将颠覆我们所有认知12 .追本溯源量子科技由何而来33 .百舸争流一大国博弈日趋激烈44 .困难重重一一研发计划遭遇瓶颈65 .应用前景广阔，量子计算或对互联网行业产生颠覆性影响95.1. 什么是量子计算？ 95. 2

2、.量子科技喜迎重磅利好106. 3.量子科技有望加速发展，相关概念股值得关注107. 量子科技：正孕育影响人类颠覆性技术，中国有望成引领者127.1. 领跑、并跑、跟跑并存126. 2.各国抢占战略制高点147. 3.我国有望成信息技术引领者141 .量子科技一一将颠覆我们所有认知有人认为量子科技会对人类社会产生颠覆性影响再正常不过了。量子最早 由M 普朗克在1900年提出，是现代物理的重要概念。普朗克提出：像原子 作为一切物质的构成单位一样，“能量子”（量子）是能量的最小单位。通俗地说，量子就是表现出某物质或者物理量特性的最小单位！换句话说 就是将物质不断分割，直至存在最小的不可分割的基本单

3、位，那么这个物理量 就是量子化的，并且我们将最小单位称之为量子！两个没有任何关系的量子会在不同位置出现完全相关的相同表现，这种现 象称之为量子纠缠。原本物理世界认为光速是不可超越的，而量子纠缠的速度 至少1万倍于光速，即有这样一种可能，在宇宙的某个地方，距离我们几万光 年外存在着和你毫无关系的量子，你动他动，他动你动，也可以简单理解为游 戏服务器和被控制的游戏角色之间的关系。为什么说量子科技会颠覆人类社会呢？因为量子力学本来就是颠覆人类认 知的一种科学，应用了这种理论的技术也很可能会产生令人意料不到的效果。凡事涉及到能量的领域，都是很值得科学家的关注，也是未来人类生产生 活必须重视的问题。量子

4、科技既是新的机遇也是挑战。量子科学和技术其实己经在方方面面影响着我们的日常生活。我们目前正 在广为使用的计算机、手机、互联网、时间标准和导航，包括医院里的磁共振 成像等等，无一不得益于量子科学和技术。2015年12月10日，谷歌宣布已经在量子计算领域取得了突破性进展， 该公司称，它们已成功证明自家于2013年采购的一台极富争议的计算机能基 于量子技术进行数学计算，这种量子算法可以以比传统过程快1亿倍的速度解 决问题。量子计算具有的强大的运算能力，当量子比特数达到大概50个时，其计 算能力就可以超过现有的最强大的超级机计算机，当量子比特数达到300个 时，它运算能力可能超过我们现已知的宇宙总粒子

5、数之和。很多我们现阶段我们需要运算的工作都可能通过量子计算机轻松秒完，不 需要太多时间；量子计算机最具颠覆性和吸引力的就是在分子维度上模拟自然方式，它在 制药、化工还有生物科技等领域都有着广阔的应用，推出一款可上市产品必然 会经历一个漫长的实验分子研究结合的过程，有些还不一定有结果，因此，通 过量子计算来节省大量的时间和成本不仅有利于这些公司的商业诉求，并可以 撬动这些产业的快速发展，带来巨大的商业利益；中国的量子技术处于世界第一，超前水平吗？关于量子技术公开的信息显示，墨子号”量子科学实验卫星于2016年8 月16日在酒泉卫星发射中心成功发射，2017年1月18日正式开展科学实 验。这是世界

6、范围内，第一颗量子科学实验卫星。中国科学技术大学潘建伟教授表示，“墨子号量子卫星圆满实现预定 的全部三大科学目标，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺 度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。”有望使中国先于欧美，拥有量子通信覆盖全球的能力。量子通信，有望成 为新一代通信技术。但在量子计算这个更广阔的领域，中国仍落后美国，且差 距不小。人类完全掌握量子科技后，会是怎样的存在？量子科学是研究微观粒子的科学，而微观粒子是构成宏观物质的态，一但 微观粒子的构成确定，宏观物质也就确，而宏观物质的各种态势构成了物质的 不同种类和性质，就有了世界万物。而微观粒子都应是能量团的

7、集聚构成的，这此能量团是具有量子能量态 的，各有各的性质，而量子态实际上则是由空间结构决定的而空间结构也就是最简形体结构既正四面体和正八面体，体心四面八方存 在任一维度的不对称性和1/4向域所有一维存在三角函数差值，造成空间任意 点的各向的势能差而这种势能差就造成了光的波动性和粒子性，光速是由空间任意点向四面 八方的辐射造成，也造就就了各基本粒子，也造就了世界的万物。最后一句话可以说明其重要性:“量子科技，它不是几万亿，几十万亿的概 念，他对于国防，经济所带来的完全是颠覆性的影响！就好比上世纪60年 代，人类首台电脑出现时对人类生活和以后几十年科技发展所带来的影响！”我国目前在量子物理的应用尝

8、试中投入力度很大，在世界范围内也属于比 较先进的国家。2 .追本溯源一一量子科技由何而来不同于第一代量子科技，如今的量子科技是一门综合性很强的交叉学科， 其从量子物理基本原理一一量子力学出发，利用量子相干特性，以探索用于计 算、编码和信息传输的全新方式。为了理解量子科技，我们必须要先搞清楚量子科技的基础一一量子力学。 量子力学是研究物质世界微观粒子运动规律的基础物理学，主要研究原子核和 基本粒子的结构等。自其建立以来，量子力学便成为整个微观物理学的理论框 架，帮助人们更好地认识宇宙的本源、物质的本质以及事物的发展规律。量子 科技便是以量子力学为理论基础的新兴前沿技术，科学家们利用量子本身的特

9、性，操控量子的存在状态，研发出如量子计算、量子通信、量子货币等一系列 技术应用，极大地改变了人们的日常生活，量子科技成为新时代福音。作为量子力学的理论基础，著名的海森堡不确定性原理表明：对微观粒子 无法同时精确地测量其位置和速度。而海森堡提出的微观世界量子物理学和传 统物理学的区别使得爱因斯坦提出了 “上帝不掷骰子”的著名论断，预示着量 子力学发展的坎坷。1935年多位科学家一起提出的“量子纠缠”概念更是进 一步佐证了微观粒子在系统中相互作用、相互影响，而不能单独观测的相干特 性。随着时间的推移，休埃弗雷特于20世纪中叶又提出了多元世界理论， 这种理论指出只要某一物体存在于一种特定状态下，该对

10、象所处的世界就能转 化为与它可能存在的状态数相等的一系列平行世界，其中每一个平行世界都会 包含该物体的一个独一无二的状态。这一解释加深了理论物理学和量子物理学 之间的联系。图1休埃弗雷特于20世纪中叶提出了多元世界理论如今，量子理论方面的研究仍在继续推进，其中部分理论已经进行了实验 论证，并且被广泛用于现实生活中。量子理论的阶段性研究促进了现代量子科 技的发展，同时也为日后的技术研发奠定了理论基础。3 .百舸争流大国博弈日趋激烈随着各国不断加大对量子科技方面的资金投入和政策支持，并将“瞄准量 子科技，建设技术高地”列入本国的发展战略，量子科技便开始以“星火燎 原”之势对社会结构和经济发展造成颠

11、覆性影响。量子科技方面的竞技也已经 上升到了国家层面，越来越多的国家竞相制定量子科技发展战略和专向计划， 世界正式进入全面推动量子科技发展的战略竞争时代，量子科技方面的大国博 弈日趋白热化，各大国及各组织都制定了相应的量子科技发展战略，在适应本 国国家发展战略的同时又提出了一些创新型计划。目前，美国在能源行业加大量子计算的融合创新，成立了首个能源行业量 子计算联盟一一量子未来电力系统升级计划，旨在“结合量子信息和量子计算 的力量，专注开发新的量子模型、方法和算法”。为保证数据安全传输，欧盟 各成员国加大量子加密通信方面的研究力度，并成功建立量子通信基础设施， 共同进行量子保密通信管理，从而确保

12、敏感信息和数据的绝对安全。日本在量 子保密通信科研方面投入力度巨大，与欧洲联合建立东京量子保密通信试验床 网络并持续开展现网实验。此外，量子计算机的研发和量子算法的提出也对世界产生了极大影响。相 较于以往的计算机，量子计算机的运算速度更快。美国的超级计算机“顶 点”，其运算峰值可达每秒20亿亿次。据估计，“顶点”运算一万年才能解 决的问题，53个比特的量子计算机仅需200秒便可解决，极大地提升了算 力。此外，量子计算机的初始化能力、可控能力、扩展能力、稳定能力和被测 量能力更强，更能满足人们的日常生活需要。量子算法的提出则使实现人工智 能算法成为了可能。现如今，机器自主学习算法帮助处理数据、进

13、行测量已是 常事，但在面对海量数据时，经典算法的计算能力不能满足生产生活需要，而 量子算法超强的并行计算能力则解决了这一难题。量子科技带来的技术红利和科技先进性为许多国家带来了财富效益和进行 科技创新的机会，量子科技极佳的发展前景导致量子科技领域“你追我赶”的 现象愈演愈烈。欧盟作为欧洲地区的重要组织之一，牵头制定了一系列量子技 术发展战略。2020年3月3日，量子旗舰计划成员向欧洲委员会提交了一份 战略研究议程文件（SRA）,该文件围绕量子通信、量子计算、量子模拟、量 子传感和计量等4个主要应用领域提出了未来短期、中期、长期的发展计划和 预期成果，旨在加快量子旗舰计划在量子技术、创新和发展等

14、各个方面的研 究，并不断缩短和其他国家的发展差距。据此，各国政府对“快速发展量子科 技、抢占技术制高点”战略的重视程度可见一斑，并且随着不断拓宽技术领 域、加大理论研究力度，量子科技的应用范围势必会变得更广，其发展潜力不 容小觑。StrategicResearchAgenda图2量子旗舰计划成员向欧洲委员会提交的战略研究议程文件4 .困难重重研发计划遭遇瓶颈数字时代下，量子科技为世界带来了许多机遇。我们已经经历了两次量子 革命带来的深刻变革，两次变革所带来的经济红利让我们清楚地认识到量子科 技蕴含着非常巨大的能量，它不仅是推动数字经济快速发展的核心力量，同时 也是加快信息领域变化扩大的关键技术

15、。在看清量子信息技术发展对信息安全 和计算通信等方面产生巨大冲击的同时.，我们也要看清其快速发展背后所面临 的窘境。随着量子领域的相关研究不断深入推进，各个组织对高质量人才的需求量 也在以指数形式逐年暴增，量子领域的研发计划迎来了瓶颈期。2019年，英国启动国家量子技术计划的第二阶段。在此之前，英国 量子技术战略咨询委员会曾发布一篇名为国家量子技术战略的量子科技战 略路线图。在该战略中，英国计划10年内完成低成本的气体检测及非破坏性 的生物显微镜的开发；510年内，完成抗干扰GPS精度级水下导航，实现 环境监测、地震预测、民用工程地下设施及废弃物探测等应用；2030年 内，开发出解决复杂问题的

16、个人量子计算系统和高性能、低功耗量子化协处理 器。显然，储备高精尖技术人才是完成这些目标的一大关键因素，英国势必会 在很长一段时间内都会极其需要高质量人才的技术支持。当然，人才短缺并不 是只有英国才会面临的问题，其他组织和团队同样也有着极大的人才需求，各 个领域的人才短缺现象已成为一个全球性难题，究其原因是人才储备方面出现 以下几点问题。一是人才选拔限制了人才培养和发展，导致人才培养类型单一。比如，一 些企业或团体对某类人才有超高需求，应聘者为谋取就业岗位，常会对照该企 业的需求而发展自身能力，限制了其他能力的培养。二是人才培养各领域之间联系不强，难以达到量子科技对多领域技术人才 的需求。现如今，单一领域的高质量人才储备尚且充足，但是量子科技作为一 个学科综合性极强的行业，涉及数学、物理