未来产业新潮向④ | 量子科技，解锁微观世界的“神秘魔法”

“十五五”规划中，浙江把量子科技、脑机接口、具身智能、6G等列入重点布局方向。一批前沿技术正在实验室全速冲刺，新一轮创新浪潮加速涌现，产业化落地持续提速。即日起，潮新闻推出“未来产业潮·潮起浙里”系列科普报道，拆解身边的技术突破，讲述一线攻关故事，让更多人读懂创新浙江。

推开量子世界的大门，就像打开了一部奇幻大片：粒子拥有“分身术”，可同时处于多种状态的叠加；两个粒子一旦发生“纠缠”，无论相隔多远，都能瞬间感应彼此；任何窃听与探测，都会使量子态原地“坍塌”……

这些微观世界的“魔法”，为量子科技蒙上了一层神秘面纱，也描绘出一幅充满科幻色彩的未来图景。

毫无疑问，量子科技，是当下最具想象空间与战略价值的前沿产业之一。“十五五”规划纲要明确提出“前瞻布局未来产业”“强化战略前沿领域科技布局”，并把量子科技列为重要板块内容。在浙江，量子科技也被列为未来场景培育的重要赛道，产业聚集初具规模，涵盖各个细分方向。

从量子计算的“超级大脑”，到量子通信的“安全密钥”，再到量子精密测量的“洞察毫末”，在量子科技的棋盘上，一场关乎未来科技主导权的博弈已然开启。

“九章四号”量子计算原型机局部。图源新华社

何为量子？微观世界的“新规则”

要想了解量子科技，得先明白“量子”是什么。

在许多人的直觉里，能量变化是连续的，就像水流一样。但其实，在极其微小的世界里，能量的传递很多时候并不像宏观世界中那样连续变化，而会呈现出一份一份的、跳跃式的“量子化”特征。

“准确地说，量子不是一种粒子，不是原子、电子或中子，而是一个概念，它描述的是微观世界的运行规律。”中国计量大学计量测试与仪器学院副院长董莹表示，这套微观世界的“新规则”，与宏观世界截然不同，有的甚至是反直觉的，比如量子叠加态。

董莹解释道，在宏观世界里，事物的状态具有唯一性。但在微观世界，量子可以同时处于多种状态的叠加，在被观测前具有多种可能性。“就像你同时坐在办公室和实验室，这听起来很匪夷所思，但却是量子最核心的特征。”

同样奇妙的还有“量子纠缠”——两个粒子一旦产生纠缠，无论相隔多远，对它们进行测量时，结果都会呈现出经典物理学难以解释的奇妙关联。爱因斯坦曾将其称为“幽灵般的超距作用”。

“而且，任何未知的量子态都无法被精准复制，任何窃听或探测行为都会扰动量子态。也就是说，我们不能像复印文件那样将未知量子态原样拷贝。这一特征可应用于信息的加密传输。”董莹举例，一个粒子可以同时处于“顺时针转”和“逆时针转”两种状态，但是一旦被观测，这个叠加状态就会瞬间“坍缩”，原有信息就被破坏了。

由此可见，在宏观世界里，牛顿力学管用，小球怎么滚、小车怎么跑，都有确定答案。但在微观世界，一切都“不确定”了。“量子科技”要做的，就是把这套微观规则用起来。

超导量子计算机。图源新华社

“目前，量子科技主要有三大赛道，分别是量子计算、量子通信和量子精密测量。”董莹指出，量子计算对应信息的处理，量子通信对应信息的传输，量子精密测量对应信息的获取。

“这就好比人的大脑、神经网络和眼睛。”董莹打了个形象的比方。只不过，和人的器官相比，量子科技的运算速度更快、信息传输更安全、测量能力更精准。正因如此，谁能先在量子科技这一颠覆性信息技术上取得突破，谁就能夺得未来的科技主导权。

“十五五”规划纲要提出，要前瞻布局未来产业；要推动量子科技、生物制造、氢能和核聚变能、脑机接口、具身智能、第六代移动通信等成为新的经济增长点。

在浙江，量子科技被列为未来场景培育的前沿赛道之一，相关产业以杭州为核心，辐射湖州、嘉兴、绍兴、温州、宁波等多地，在三大赛道均有布局——

在量子计算领域，孵化自浙大的杭州逻辑比特科技有限公司，是国内最早从事多比特超导量子计算研究的团队之一，曾三度刷新超导量子系统全局纠缠比特数世界纪录；由杭州本土归国留学青年领衔创建的杭州和光同晨量子计算科技有限公司，在全球率先实现确定性光量子纠错核心技术突破；在量子精密测量领域，位于湖州的国测量子科技（浙江）有限公司，聚焦攻克芯片原子钟批量生产难题，精度达国际先进水平；扎根钱塘的国瞻量子科技有限公司，深耕固态自旋量子技术产业，致力于打造面向半导体、先进制造与未来信息技术的新一代量子精密仪器与传感核心器件；在量子通信领域，由浙江神州量子通信技术有限公司承建的全球首条量子保密通信商用干线——“沪杭干线”于2017年正式全线开通启用……

“九章四号”量子计算原型机局部。图源新华社

为外卖“精准指路”，量子离我们并不遥远

量子科技听起来高深莫测、自带“科幻滤镜”，但其实，它离我们并不遥远。耳熟能详的激光、半导体、核磁共振，背后都是量子力学原理。甚至，你每点一单外卖，骑手能精准把餐送到你手里，也离不开量子“黑科技”——原子钟。

“每颗卫星上都装着高精度原子钟，用原子振荡来‘守时’，这是导航的核心。”董莹解释，太空中的卫星不停向地面发送信号，包括“现在几点”和“我在哪里”，手机接收到信号后，用光速乘以时间差，就能算出与卫星的距离，三四颗卫星的数据一交汇，就能得到精准位置。

原理并不复杂，真正难的是“精准时间”。“时间就是距离。导航的本质不是‘找信号’，而是‘对时间’。”董莹说，光一秒钟能跑30万公里，卫星上的时钟哪怕只差1微秒，定位就可能偏出几百米。这样一来，骑手就可能会把外卖送到隔壁小区。

航天、卫星、通信网络，都需要依赖这一“看不见”的精准，这也是量子精密测量的“超能力”所在。

在湖州南太湖新区的国测量子科技（浙江）有限公司生产基地内，芯片原子钟自动化产线平稳运行。从这里批量生产的芯片原子钟，已经走入海底油气勘探、电力电网、金融数据、5G/6G通信等多个领域。

国测量子科技（浙江）有限公司生产基地，生产线上的芯片原子钟。潮新闻记者 吴馥梅 摄

“为什么我们要攻克原子钟的批量生产？一是精度准，二是能守时。”国测量子科技（浙江）有限公司研究院执行院长温怀殊向记者介绍，原子钟的精度远超传统计时工具，且不需要依赖北斗、基站的标准时间，在没有信号的极端环境下，依然能够“守住时间”。

“我们生产的原子钟，最高能实现频率准确度到10的负12次方量级。通俗解释，这个技术指标的原子钟上万年误差不超过1秒。”温怀殊表示，公司目前年产量达到了10万只，计划在2028年达到年产50万只芯片原子钟。

除原子钟外，量子精密测量还可以广泛赋能医疗、能源、智能制造等垂直领域，比如量子重力仪、量子磁力仪都已走入市场。

量子科技的另一赛道——量子通信也已在银行、军队、政务等对保密有刚需的特定部门中有相关布局。“三大赛道中，量子通信是目前产业规模最大的一个。”董莹介绍，目前国内已建成‌13000多公里的‌量子保密通信干线，覆盖全国多个城市。

不久前，由中国电信研究院、国盾量子等组成的联合研究团队在量子—经典共纤传输领域刷新纪录，成功实现了超大容量经典光通信与商用量子密钥分发设备的稳定共传，为后续量子保密通信网络更大规模部署奠定坚实基础

北京量子信息科学研究院量子密钥分发实验室。图源新华社

从科研走向市场，在“矛盾”中突围

“量子”一词虽神秘，但并非是完全陌生的领域，从外卖导航到核磁共振，其早已运用于我们的日常生活。

不过，走进实验室，故事的另一面也同样真实——量子精密测量虽然应用范围广、技术相对成熟，但许多垂类产品仍在等待解码；量子通信理论上绝对安全，但如何在大规模应用中克服硬件不完美带来的潜在漏洞，并提升传输速率仍是待攻克难题。

其中，讨论最热也最不确定的一个赛道，当属量子计算。为什么热？因为它的超强算力。董莹介绍，传统计算机的比特只能是0或1，而量子比特可以同时处于0和1的叠加态。N个量子比特就能同时代表2的N次方种状态——这带来指数级的并行计算能力。“某个数学问题如果在传统计算机上运算，可能需要几十甚至上百亿年，但量子计算机可能只需要花几秒钟、一分钟。”董莹说。

目前，我国已在量子计算领域积累大量科研实践经验。2020年，“九章”光量子计算原型机问世，首次在光学体系实现“量子计算优越性”。此后，“九章二号”“九章三号”“九章四号”不断升级，并持续刷新纪录。与此同时，超导、离子阱和中性原子等技术路线也多点开花、不断突破，多种量子计算体系持续取得进展，整体处于国际先进水平。

“九章四号”量子计算原型机局部。图源新华社

但是，有突破不代表立即能用。“现在的量子计算机仍处于‘基础研究阶段’——已经验证原理可行，并且在某些特定问题上相较经典计算机展现了明确的优越性，但还不能‘真正干活’。”董莹说，所谓的“真正干活”，是指能真正运用到药物分子设计、新材料研发等具体场景之中并实现“量子优越性”。“现在量子计算很热，是量子三大赛道中最受资本追捧的，但正如潘建伟院士在2026未来科学论坛上所指出的，这其中也的确有一些‘泡沫’。真实情况是，这个事情恐怕没有那么快。”

而在量子精密测量领域，人类走得也并不远。“走得多远要看怎么定义，从量子精密测量产业化角度来讲的话，我觉得我们应该也在起步阶段。”温怀殊认为，只有把原子钟的市场价格成本降下来，才能够拓宽它的使用边界，不局限于高精尖领域。目前国际上同类产品售价约3万元，国测量子的产品售价在1.5万左右，随着量产规模扩大，未来有望进一步降低价格，开拓更多应用场景

一边是全国各地争相布局、资本市场狂热追捧，一边是研发应用的漫长跋涉，技术路线未定、商业模式未明。当下的量子科技，或许是最“矛盾”的产业之一。不过，这种高不确定性、长回报周期的特性，也正是未来产业的典型特点。“公众往往是因为看见所以相信，但对我们来说，要相信才能看见。”温怀殊说。

在董莹看来，当下之所以把量子科技单列为战略性产业争相布局，是因为人类正在从“被动利用量子现象”走向“主动操控单个原子、单个光子”——这是“第二次量子革命”。

那么，关于量子科技的未来，我们能看见什么？第一，算力的极大解放，量子计算机一旦实用化，将彻底改变药物研发、材料科学、化工等领域，摒弃劳动密集型“试错”。第二，更安全的通信。量子加密理论上“绝对安全”，任何窃听都会留下痕迹。未来，你我的手机通话，都可能被量子加密保护。第三，更精密的感知。量子传感器大幅提升自动驾驶的安全冗余，让医生在疾病发生前就捕捉到微弱信号……

“浙江数字经济发达、民营经济活跃，且拥有多元丰富完备的产业结构，可以为量子科技的落地转化提供丰沃土壤，未来发展空间广阔。”董莹认为。

量子科技的未来，不在实验室的数据里，也不在资本市场的估值中，而在于让研发成果落地生根，在真实场景中迭代成熟。这条路，可能比想象中更长，但每一步都值得期待。

责任编辑：卢一