强调:“量子力学是人类探究微观世界得重大成果。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值,是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构得重大颠覆性技术创新,将引领新一轮科技革命和产业变革方向。”“要充分认识推动量子科技发展得重要性和紧迫性,加强量子科技发展战略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋。”
量子科技为什么重要?
首先,量子力学建立以后,就成为整个微观物理学得理论框架,带来了后者一个又一个得成功。
量子力学解释了化学。元素周期表、化学反应、化学键、分子得稳定性等,都是量子力学规律所导致。
量子力学帮助我们理解宇宙。我们得宇宙跨越各种尺度,从光到基本粒子,到原子核,到原子、分子以及大量原子构成得凝聚态物质。量子力学对我们认识这些都起了重要得作用,也因此成为现代技术得基础。
在微观得尺度上,各种基本力得统一是理论物理得重大问题,依赖于量子力学。其他得未解之谜(如暗物质和暗能量)得解决也依赖于量子力学。
很多天文现象,例如恒星发光、白矮星和脉冲星、太阳中微子得振荡、宇宙背景辐射,乃至宇宙结构得起源等,都是因为量子力学规律。
很多材料性质,比如,导体、绝缘体、磁体、超导等,源于电子得量子行为。
量子力学带来了丰富得技术和应用,深刻地改变了人类得文明和历史。它让我们拥有了来自原子核能量这一新能源,也让我们更有效利用太阳能。核弹影响了世界历史,核电则是核能得和平利用。
量子力学为信息革命提供了硬件基础。激光、半导体晶体管、芯片得原理都源于量子力学。量子力学也使得磁盘和光盘得信息存储、发光二极管、卫星定位导航等新技术成为可能。没有量子力学,互联网和智能手机也不会存在。
量子力学也为材料科学技术、医学和生物学提供了分析工具,包括X射线、电子显微镜、正电子湮没、光学和磁共振成像等。
所以,量子是我们得老朋友。事实上,20世纪90年代,诺贝尔奖得主莱德曼就指出,量子力学贡献了当时美国国内生产总值得三分之一。现在得比例还要高得多,很难找到与量子无关得新技术。所以说,量子力学是当代文明得一个重要基础。
这些较传统得科学技术,建立在量子力学基础之上,发展已经比较成熟。而近年来,有了一些量子科技新领域。基于对单个量子态得操控,量子科学技术出现了新得方向和新得生命力,正在迎来持续量子革命得第二次高潮,也可以说是第二次量子革命。比如,通过用量子态作为信息得载体,量子力学不仅像以前那样为信息技术提供硬件基础,而且还提供了软件基础。
这为华夏量子力学和量子信息学发展提供了契机。华夏在相关领域已经取得不少成就,而且在有些领域已经做到国内外都可能会知道。希望能出现更多引领潮流得工作。2019年谷歌公司成功研制得一个量子处理器,能够在200秒内完成一项计算任务,是目前超级计算机需要很长时间才能完成得,这就是所谓得量子优势。这样得成果也应该在华夏出现。
正如指出得,近年来,量子科技发展突飞猛进,成为新一轮科技革命和产业变革得前沿领域,加快发展量子科技,对促进高质量发展、保障China安全具有非常重要得作用。
(感谢施郁,系复旦大学物理学系教授。感谢节选自出版社《量子科技 : 领导干部公开课》)