普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡、费米、薛定谔...20世纪科学界许多最杰出的头脑都对一个概念着迷——量子。
21世纪，仍有无数科学家与量子“纠结”，创造奇迹。
经过30多年的努力，中国量子科学梦之队已经成为世界顶尖科学家，在量子领域撑起一片天空。但在普通人眼里，量子和量子技术仍然是一种“神秘”的存在。科技圈的量子是什么样的？量子技术是一种怎样的前沿技术？学习量子有多难？这些流传在科技界的通俗易懂的比喻，或许可以解开你的疑惑。
量子可以说是鱼群中的一条鱼，上台阶的时候一条一条。
物理学经常违背人类的直觉。一个恰当的比喻可以帮助你理解违背直觉的物理定律。对于量子这个抽象的概念，中科院物理所研究员曹则贤曾经打过一个比方:我们生活中所能看到和感知到的一切，包括光和能量的最小单位，都可以称为量子。就像我们看远处的鱼，它是黑色的，但放大了，它就是一条鱼。这条鱼可以说是鱼的量子。
中国科学技术大学副研究员、科普专家袁兰峰在媒体上撰文称，量子的本意是一个数学概念，简而言之就是“离散变化的最小单位”。什么是“离散变化”？袁兰凤是这样解释的:我们数人的时候，可以有一两个人，但不能有半个人，也不能有三分之一。我们上楼梯的时候，只能上一两步，不能上半步，也不能上三分之一步。这些都是“离散的变化”。要数人数，一个人就是一个量子。对于上台阶来说，一个台阶就是一个量子。如果某样东西只能离散地变化，我们就说它是“量子化的”。
“量子水”“量子鞋垫”是假的，不是量子产品。
中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿
生命中存在什么量子？中国科学院院士、中国科学技术大学郭光灿教授举例说，量子力学在日常生活中的应用由来已久。比如我们现在用的手机，电脑，都是基于量子力学的，但是人们并不知道它来源于量子力学。现在的手机和电脑都是利用量子力学发展出来的经典技术。他们的核心器件是芯片，芯片中处理器的基本单元是晶体管。晶体管是根据量子力学中的能带理论制造的，晶体管制造出来之后才有手机和电脑芯片。还有今天在互联网上传输信号必须使用的激光。它是根据爱因斯坦的光量子辐射理论产生的，但激光本身很经典，量子效应很低，可以忽略不计。所以现代的手机、电脑、互联网都是从量子力学发展而来的经典技术。
真正的量子技术离普通大众还很远，因为没有一个量子产品成为普通人的必需品。目前市面上有很多带“量子”字样的产品，比如“量子水”、“量子鞋垫”。这些都是假的，不是量子产品，量子产品也不可能在短时间内进入千家万户。
量子技术将影响未来生活的方方面面。
按照郭光灿教授的说法，未来如果通用量子计算机得到广泛应用，那么所有的行业，医疗，农业生产，工业生产，人工智能，社会的方方面面都会受到量子技术的影响。量子计算机可以超越电子计算机，密码学领域的量子通信可以提高传输的安全性，量子传感可以测量很多重要的参数。
在医疗方面，我们生产新药的速度会大大提高。这是因为新药的制造需要计算机模拟哪种配方最有效。用电子计算机模拟很慢，但量子计算机可以很快算出来，关系到普通人的健康；在人工智能方面，无人驾驶汽车的传感器处理速度会更快，性能会得到提升；在农业方面，量子计算机出来后，我们可以研究清楚光合作用是怎么回事。有科学家预测，如果这项应用研究成功，太阳能的利用率将从现有的10%提高到20%~30%，农业将会突飞猛进，全世界人民吃饭都没有问题。
开发量子计算机就像“用原子建造金字塔”
研究人员正在检查量子计算机的低温处理设备。图片:人民日报
量子技术对未来生活的影响可以说是颠覆性的，但是很少有人知道研究量子有多难。作为国内知名的光电载荷专家，中科院院士王建宇将量子卫星“天地实验”的实现比喻为，“相当于一个人在一万米空的高度，往地面上的存钱罐里扔硬币。”
中国科学院量子信息重点实验室副主任、中国科学技术大学教授郭说，发展量子计算机就像“用原子建造金字塔”。
中国已经从10年前的一个不起眼的国家发展成为世界上一支强大的力量。
郭光灿教授说，我们国家在量子领域的整体研究水平处于世界第一梯队的位置。
2017年5月3日，世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机在中国诞生。
从细分来说，我们在量子密码学上和世界一流不相上下，但我不能说是领先，因为美国从2015年开始就不再公布他们的研究成果了。我们不知道他们领先到什么程度，自然也不能说领先他，但可以说不会输给他，一流。
我们在量子计算机方面比美国落后五年左右，但在这个领域也有一席之地。最近，空唐珂集团发起了一项比赛，邀请全世界研究量子计算的人使用量子计算机解决一些问题。共有36个单位参加，五个决赛选手中有一个来自中国。
在量子信息技术上，我们可以做到世界上量子纠缠维数最高，粒子数最多，纠缠保真度最高，所以我们的量子信息技术也是走在世界前列的。
在中国科学技术大学潘建伟的办公室里，我和墨子量子卫星模型合影。新华社记者张端摄
中国“量子之父”、量子物理学家、中科院院士潘建伟介绍，中国在量子科技领域产生了多光子纠缠和干涉测量、量子反常霍尔效应、世界首颗量子科学实验卫星墨子号、量子保密通信京沪干线、世界首个光量子计算原型机等一批具有国际影响力的成果。
2016年8月16日，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射世界首颗量子科学实验卫星L 空。新华社记者金摄
正如英国《自然》杂志评论的那样，在量子领域，中国已经“从10年前的一个不起眼的国家发展成为现在的世界强国”。未来，量子将慢慢揭开神秘面纱，走进寻常百姓家。
参考资料:
探索“微观世界”把握“关键变量”——中国科学家与量子“纠缠”的故事，新华社，2020年10月27日
对话郭光灿院士:量子力学早已走进生活，量子科技将改变生活，新京报，2020年10月26日。
走进神秘的量子世界中国青年网2020年10月25日
来源:新华网思科综合
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编辑:孙辉
校对:马
[来源:新华社]
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