光博二十载谱写光电盛景，量子百年路开启量子纪元

从普朗克提出“量子”概念算起，迄今为止，量子科学已经走过了百年有余。量子科学在过去一个世纪对技术进步贡献巨大，量子理论成为了物理学、化学、工程和生物学等学科的基础，带来了晶体管、激光器、稀土磁体、LED 等诸多重要发明，使互联网、计算机、太阳能电池、核磁共振成像和全球导航等技术得以实现。为了庆祝量子科学的贡献、提高对其重要性的认识并确保各国能获得量子教育和机会，国际科学组织联盟多年来一直努力推动设立国际量子年。

联合国于2024年6月7日宣布2025年为“量子科学与技术之年”，以纪念海森堡发表论文《运动学和力学关系的量子力学重新诠释》一百周年。在这篇论文中，海森堡奠定了物理学的新基石。

2025年3月11-13日，慕尼黑上海光博会的20周年之际，推出集成光子及量子专区，结合“Light激光与量子国际会议（Light Conference on Laser & Quantum）”，促进前沿领域的健康发展，在健康、稳定的土壤上，结出饱满丰硕的果实。 

随着国家的重视和广大科技工作者的普及，“量子”时常成为网络热词。市场上不时出现的诸如“量子挂坠”、“量子玫瑰”、“量子能量贴”之类，则纯粹是打着“量子”旗号的虚假产品，与量子科技毫无关系。

究竟何为量子科技？让我们一起站在前沿科技的视角下，跳出经典世界的局限，揭开量子世界的神秘面纱……

01量子是什么？

量子一词来自拉丁语 “quantus”，意思是 “有多少”。在物理学中，一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，那么这个物理量是量子化的，这个最小单位就被称为量子。日常生活中的物质由原子组成，原子由原子核和电子组成，原子核由质子和中子组成。对于量子，常常有这样的疑问：量子是什么粒子？是否是比电子、质子、中子更小的粒子？

图片来源：站酷海洛

答案是否定的。因为只有在针对某个具体事物时，才能将某个粒子定义为量子。例如，统计人数时，可以有一个人、两个人，但不可能有半个人。所以对于统计人数来说，一个人就是一个量子。光子是光的量子，铁原子是铁的量子，不存在某种粒子专门叫做“量子”。所以，将量子跟电子、质子、中子比较大小的说法是不合理的。

02量子有哪些特性？

量子可不只是微小的存在，它还具备诸多奇妙的特性。通常而言，我们可能觉得量子（像光子）仅仅是粒子，然而在 19 世纪初，托马斯・杨所做的双缝干涉实验却揭示出，光子竟也有着类似波的性质。这表明量子兼具粒子与波的双重特性，也就是所谓的量子的波粒二象性。

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量子的另一种奇特性质，就是量子的不确定性。当对量子进行测量时，每次仅能确定其中某一种属性，而其他属性依旧成谜。例如，当使用仪器测定量子的位置后，却无法精准知晓其运动方向。这种量子的不确定性甚至引发了爱因斯坦与玻尔这两位物理学巨匠之间的 “世纪大争论”。

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此外，量子纠缠更是其显著特性之一。依据量子纠缠原理，宇宙里的任何一个粒子都存在与之对应的 “双胞胎” 粒子。即便它们相隔整个宇宙的遥远距离，也始终能保持同步变化。这样一对粒子处于同步变化的状态，便是量子纠缠态。

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在生活中，随机数随处可见。像掷骰子所产生的随机性属于经典随机，本质上是可以预测的。例如一个下落的骰子，如果预先知道了和它相关的所有参数（骰子的初始运动状态以及与之碰撞的空气分子的状态等），那么利用超级计算机就能在其落地前算出结果。但量子力学中的随机却截然不同，其本质上是无法借助任何手段进行预测的，哪怕是 “上帝” 也做不到提前知晓，这就是量子随机。

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量子叠加态是量子世界里一种极为神奇又难以用常理理解的现象。在经典世界中，一个学生在某一时刻要么在教室里认真学习，要么在操场上尽情玩耍，只能处于其中一种状态。但对于一个 “量子学生” 来说，在没被观察前，他可以同时处于在教室学习和在操场玩耍的叠加态，就好像他同时在做这两件事。当老师去查看时，也就是进行观测，他才会出现在教室或者操场的某一个确定的地方。在量子计算中，一个量子比特（qubit）可以同时处于 0 和 1 的状态，相当于同时处理了两个信息。而不像经典比特只能依次处理 0 或 1 中的一个 。如果有 2 个量子比特，它们的叠加态可以同时表示 00、01、10、11 这 4 种状态；3 个量子比特能同时表示 8 种不同状态；以此类推，n 个量子比特就可以同时表示 2ⁿ种状态。这意味着量子计算机可以在一次运算中同时处理2ⁿ个信息，随着量子比特数量的增加，其并行计算能力呈指数级增长。换言之，即使把宇宙中所有的原子都用来制造成一台传统的经典计算机，也比不上一台由250个量子位组成的量子计算机。

03两次量子革命

第一次革命：量子力学规律的被动探测及其在宏观体现中的应用

百年来，随着量子力学的建立而催生的第一次量子革命，带来了原子能、半导体、激光、核磁共振、超导和全球卫星定位系统等重大技术的发明，从根本上改变了人类的生活方式和社会面貌。

第二次革命：对单个或多个相互作用量子态进行主动操控

自上世纪九十年代以来，量子调控技术取得了巨大的进步，人们可以深入微观世界内部，操作微观粒子的量子状态。于是，以量子信息科学为代表的量子科技迅猛发展，这就是第二次量子革命的兴起。

04量子技术的应用

量子世界充满了神奇与奥秘，基于量子特性发展起来的量子技术更是为我们的未来带来了无限可能！从激光、核能、晶体管到量子计算、量子通信、量子材料，量子技术正在不断推动人类科技的发展，新的科技产业革命也将由此开启。

量子信息科学包括量子通信、量子计算、量子精密测量三方面应用，在保障信息传输安全、提高运算速度、提升测量精度等方面，可以突破经典技术的瓶颈。量子信息科学将成为信息、能源、材料和生命等领域重大技术创新的源泉，为保障国家安全和支撑国民经济高质量发展提供核心战略力量。

量子计算

我国在量子计算领域成绩斐然。先是成功构建 76 光子的光量子计算原型机 “九章”，首次在国际光量子体系达成 “量子计算优越性” 这一重要里程碑。后续研发的 “九章三号” 更是取得重大突破，达成 255 光子的相干操控，超越加拿大量子计算公司 Xanadu，再次夺得光量子计算的世界领先地位。与此同时，在超导量子体系方面，我国也成果显著，先后打造出 62 比特的 “祖冲之号” 和 66 比特的 “祖冲之二号” 超导量子计算原型机，成功在超导量子体系实现 “量子计算优越性”，有力推动了我国乃至全球量子计算技术的发展。

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2021年初，福布斯报道称，领先的量子计算将应用于人工智能/机器语言、金融服务、分子模拟、材料科学、石油/天然气、安全、制造、运输/物流、IT和医疗保健（制药）等各行各业。量子计算机逐步由“实验室阶段”向“工程应用阶段”迈进。

量子通信

传统通信的密钥都是基于非常复杂的数学算法，只要是以算法加密的，人们就可以通过计算进行破解。而量子通信则可以做到很安全，不被破译和窃听，这在数学上已经获得了严格的证明。如果有人窃听，量子的状态就会因窃听（测量）发生改变，密码接收的误码率会明显增加，从而引起发送者和接收者的警觉，而停止该信道的使用。我国的城域城际量子通信网络技术已初步满足实用化要求，国家量子骨干网的总里程突破 10000 公里，成功将网络覆盖至京津冀、长三角、粤港澳以及成渝等重要区域，为地区间的信息安全传输搭建起坚实的桥梁。在卫星量子通信这一前沿领域，我国先是成功研制并发射了全球首颗量子科学实验卫星 “墨子号”，在国际上率先达成星地量子通信，开启了卫星量子通信的新纪元。此后，我国再次发力，成功将世界首颗量子微纳卫星 “济南一号” 送上太空，这一创举为打造低成本且实用的量子星座筑牢了根基。与此同时，卫星地面接收站的技术也实现了质的飞跃，其重量从原本的十几吨锐减至 100 公斤左右，而且还具备了支持移动通信的功能，这不仅大大降低了接收站的建设和运营成本，更为量子通信的普及应用提供了有力支撑，使量子通信能够更高效地服务于人们的生活和社会的发展。

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量子精密测量

门捷列夫曾经说过，“没有测量，就没有科学”。我国较为成熟的量子测量产品主要集中于量子时频同步领域，如成都天奥从事时间频率产品、北斗卫星应用产品的研发，主要产品为原子钟。此外，中电科、航天科技、航天科工和中船重工集团下属的一些研究机构正逐步在各自的优势领域开展量子测量方面的研究。近年来，高校和研究机构对于科研成果的商业转化支持力度逐步加大。源于中国科学技术大学的国耀量子将量子增强技术应用于激光雷达，面向环境保护、数字气象、航空安全、智慧城市等，生产高性价比的量子探测激光雷达。国仪量子以量子精密测量为核心技术，提供以增强型量子传感器为代表的核心关键器件和用于分析测试的科学仪器装备，主要产品包括电子顺磁共振谱仪、量子态控制与读出系统、量子钻石原子力显微镜、量子钻石单自旋谱仪等。随着量子精密测量技术的快速发展，基于量子精密测量的陀螺及惯性导航系统具有高精度、小体积、低成本等优势，将为无缝定位导航领域提供颠覆性新技术。在这场追求更高精度的科技竞赛中，世界各国科学家研发的原子钟还在不断突破着科学的极限。

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在光的微观世界里，量子如同神秘的精灵，隐匿着无尽奇妙。量子态的叠加与纠缠，恰似光的多重舞步与隐秘关联，看似遥不可及，实则与我们的生活紧密交织。光量子的独特特性，正悄然重塑着科技的蓝图：从超灵敏的量子光学传感器，为生物医学探测入微的生命信号；到基于量子加密的光通信，让信息在网络世界中安全穿梭；再到量子光学计算，以超乎想象的速度处理海量数据，为人工智能、气候模拟、药物研发等众多领域带来前所未有的变革契机。

2025 年 3 月 11 日 - 13 日，慕尼黑上海光博会将在上海新国际博览中心盛大拉开帷幕。此次展会特别设立热点专区集成光子及量子专区，这里将汇聚全球量子光学科技成果，搭建起探索量子科技与光融合应用的高端平台。与行业先驱并肩，一同揭开量子光学的神秘面纱，洞察未来生活的创新变革！

本届专区已成功汇聚了巅跃激光、中电科芯、国仪量子、赋同量子、长光华芯、山东极量、费勉仪器、桂林百锐、锐光信通、锐晶、芯思杰、度亘、西安立芯、华辰芯光、苏黎世仪器、大恒光电等该领域代表性展商，将围绕量子通信、量子计算、量子精密测量、量子材料等方向，展示集成光子及量子技术创新成果。同时，结合“Light激光与量子国际会议（Light Conference on Laser & Quantum）” 这一学术交流与思想碰撞的盛会，为光电产业的持续发展注入源源不断的创新活力，助力其突破现有瓶颈，迈向更为辉煌的未来。

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