科技

量子百年:中国突破“加速跑”





中经联播7月12日北京讯(张力 陈一夫 崔威汉)从理论实验室到产业应用场,中国量子科技正以多点突破之势,重塑全球量子竞争格局。


今年是量子力学诞生100周年。联合国教科文组织将2025年定为“国际量子科学与技术年”,以纪念这一改变人类认知范式的科学革命。


在这一历史性时刻,中国科学家团队捷报频传:


“祖冲之三号”超导量子计算原型机比最快超级计算机快千万亿倍;中非之间跨越12900公里的量子密钥分发成功实现;“济南一号”量子微纳卫星以仅100公斤的“小身板”完成太空密钥传输使命。


量子计算:从优越性证明迈向实用化


今年3月,中国科学技术大学潘建伟院士团队联合多家科研机构,成功研制出105比特超导量子计算原型机“祖冲之三号”。这一成果以封面论文形式发表于《物理评论快报》,被国际学界评价为“重新定义了超导量子处理器的性能天花板”。


“祖冲之三号”芯片示意图。(中国科学技术大学供图)


“祖冲之三号”在83比特32层随机线路采样任务中展现出惊人算力:比当前最强超级计算机快1000万亿倍(15个数量级),相较谷歌去年发布的67比特“悬铃木”处理器,速度提升达100万倍。


关键技术指标全面突破:量子比特相干时间72微秒,并行单比特门保真度99.90%,并行两比特门保真度99.62%,并行读取保真度99.13%。


“只有实现量子优越性,量子计算机才能成为‘超强大脑’。”安徽省量子信息工程技术研究中心主任唐世彪表示。近日,服务于“祖冲之三号”的超导量子计算测控系统正式交付使用,为研发更大规模可纠错量子计算机奠定基础。


量子通信:从实验室迈向全球组网


量子通信领域,中国正从关键技术突破迈向产业化应用推广。2025年以来,我国连续刷新百公里量子直接通信速率纪录,成功构建300公里全连接量子直接通信网络,完成模块级量子通信设备搭载火箭的发射与回收验收。


最具里程碑意义的是,中国科学技术大学团队与国内外合作,在中非相隔12900公里的距离上通过卫星实现“一次一密”图像加密传输。这项发表于《自然》杂志的成果被审稿人称赞为“向长距离安全量子通信的现实飞跃”。


“济南一号”量子微纳卫星的升空则标志着中国航天器的“瘦身革命”。相比600公斤的“墨子号”,这个仅100公斤的“量子轻骑兵”将量子通信载荷压缩至行李箱大小,密钥生成速率提升5倍。


地面站从13吨“巨无霸”瘦身至百公斤级,可像行李箱般移动部署。单次过境即可生成25万至100万比特安全密钥,使量子通信首次具备商业应用的时效基础。


量子测量:精度突破与产业化落地


今年5月,国仪量子技术(合肥)股份有限公司发布自主研制的钻石单自旋传感器、量子磁力仪、微波场强仪等系列量子传感器。


该公司董事长贺羽表示:“我们一边在实验室探索前沿科技提高测量精度,一边拓展应用场景。”在医疗领域,测量心脏磁场的仪器可对冠心病早筛;工业领域可与锂电企业合作筛选原材料质量。


更早的1月,全球首套±800千伏特高压直流量子电流传感器在南方电网落地应用。这是量子测量技术在电力系统的首次工程化应用,标志该技术从实验室走向产业化。


前沿突破:双参数估计打破经典极限


在量子精密测量最前沿,7月10日《物理评论快报》发表了一项来自中国团队的突破性成果:北京量子院与清华大学合作,首次利用物质波干涉实现超越经典精度极限的双参数联合估计。


该研究通过玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)中的非线性自旋交换碰撞,制备出近乎完美的自旋-向列压缩态。在包含26,500个铷-87原子的系统中,团队设计三段式微波脉冲序列,实现两个正交自旋分量微小转动的同步探测。


国仪量子技术(合肥)股份有限公司今年5月发布的一系列自主研制的量子传感器。(受访者供图)


实验结果显示,灵敏度增益达3.3至6.3分贝,显著超越标准量子极限。这一突破为原子钟网络同步、量子磁力计和原子陀螺仪等多参数估计应用开辟新途径。


国家战略:重大仪器研发启动


6月26日,国家科技重大专项“量子通信与量子计算机”所属项目《超灵敏和高空间分辨扫描SQUID显微系统的研制与应用》在南京大学正式启动。


该项目瞄准超导量子芯片微观表征的核心技术瓶颈,计划构建具备极低温、纳米级空间分辨及多物理场成像能力的新一代显微系统。


南京大学副校长郑海荣院士强调,该项目目标是实现我国在极低温高灵敏探测领域的“自主可控与国际引领”。


产业生态:济南量子谷的崛起



“济南一号”微纳卫星背后是济南十四年量子产业布局的成果。从2010年起步建设量子保密通信试验网,到2025年形成60万平方米的“济南量子谷”,这里集聚了30余家量子企业,构建起“芯片-模块-整机-网络”全产业链。


在标准化领域,济南作为全国量子计算与测量标准化技术委员会秘书处所在地,推动6项国家标准立项,主导量子随机数领域首个国家标准,并承担ISO/IEC量子技术联合委员会国内技术对口单位。


马拉松式长跑——中国科学院物理研究所研究员范桁这样形容量子科技发展。“我们不仅要有‘领跑’的能力、‘抢跑’的勇气,更要有‘耐跑’的战略定力。”


随着“济南一号”在太空中以7.6公里/秒的速度传递量子密钥,量子通信正从论文公式变为生活中的守护者。从祖冲之三号的超导芯片到电力系统的量子传感器,中国量子科技树已在计算、通信、测量三大分支同时开花结果。


下一个量子百年,中国正从跟跑者变为规则制定者。

【责任编辑:欧阳雪】

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