近期，量子糾纏理論獲得2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的新聞鋪天蓋地，相比于以往的諾貝爾物理獎(jiǎng)而言，覆蓋面更為廣泛。要知道量子領(lǐng)域已經(jīng)從專業(yè)領(lǐng)域逐漸演變成當(dāng)今社會(huì)各界最為熱門的調(diào)侃領(lǐng)域之一，因?yàn)?ldquo;遇事不決，量子力學(xué)”的網(wǎng)絡(luò)梗已經(jīng)深入人心。

　　當(dāng)然，本次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給量子糾纏的科學(xué)貢獻(xiàn)其實(shí)也是眾望所歸。從量子通信、量子計(jì)算等應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展來看，量子糾纏也為這些應(yīng)用做好了堅(jiān)實(shí)的理論鋪墊。

　　首先，我們還是來簡單普及一下本次獲獎(jiǎng)的重磅核心，即“鬼魅般的超距作用”。

　　也就是說在微觀世界中(注意這里指的是微觀世界)，有共同來源的兩個(gè)微觀粒子之間存在糾纏關(guān)系，這兩個(gè)糾纏在一起的粒子如同有心電感應(yīng)一般，不論距離多遠(yuǎn)，幾萬公里或者幾光年，只要當(dāng)其中一個(gè)粒子的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)人的狀態(tài)也會(huì)瞬時(shí)跟著發(fā)生同樣的變化，也可以成為“超距作用”。

　　此次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的三位物理學(xué)家就是通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一理論。不過，諾貝爾獎(jiǎng)一直以來都是偏向理論，但是由量子糾纏效應(yīng)關(guān)聯(lián)出的應(yīng)用技術(shù)也早已實(shí)現(xiàn)了相關(guān)應(yīng)用。

　　首先就是量子通信，量子通信正是利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型通信方式。利用鏡像對(duì)稱性原理，把合成的兩個(gè)粒子人為的分開，并分發(fā)到兩地，然后通過改變一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)另一個(gè)粒子的瞬時(shí)改變，這種方式其實(shí)就是一對(duì)一的實(shí)現(xiàn)強(qiáng)加密通信。

　　其實(shí)從目前的工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的通訊技術(shù)角度來看，幾乎都是光子類通訊，技術(shù)也相當(dāng)成熟，無論是4G還是5G，這類的通信方式存在著容易破密的風(fēng)險(xiǎn)，保密性不高。正是針對(duì)這一痛點(diǎn)，量子通訊從理論上來說，無法破譯，具有一對(duì)一的高級(jí)保密性。

　　這里需要重點(diǎn)指出的是，量子通信并不是替代傳統(tǒng)的有線和無線通信方式，因?yàn)榱孔油ㄐ挪⒉荒軘y帶信息，所以量子通信主要是加密以及密鑰的傳送方式，傳遞生產(chǎn)、設(shè)備等信息的具體通信方式仍然目前的5G和有線等通信方式。

　　2022年1月，中國創(chuàng)建了世界上第一個(gè)集成的光纖和衛(wèi)星量子通信網(wǎng)絡(luò)：它跨越4600多公里，并集成了地面光纖網(wǎng)絡(luò)和“墨子號(hào)”衛(wèi)星，能夠?yàn)槿珖?50多個(gè)行業(yè)用戶提供服務(wù)，包括地方銀行、市政電網(wǎng)和政府網(wǎng)站。

　　前不久的5月6日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，首次實(shí)現(xiàn)了地球上相距1200公里兩個(gè)地面站之間的量子態(tài)遠(yuǎn)程傳輸，這一實(shí)現(xiàn)成功也是向構(gòu)建讓全球通信產(chǎn)業(yè)向量子信息處理和量子通信網(wǎng)絡(luò)邁出重要一步。

　　當(dāng)然，說到通信產(chǎn)業(yè)，必然是離不開應(yīng)用場景。前面我們提到，國內(nèi)的量子通信技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于銀行、電網(wǎng)和政府網(wǎng)站等場景中，以電網(wǎng)為例，目前的電力系統(tǒng)涉及發(fā)、變、輸、配、用等多個(gè)流程，對(duì)安全、穩(wěn)定、可靠方面有較高的要求，結(jié)合當(dāng)下國內(nèi)大力推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)和輸配電改革的趨勢，量子通信對(duì)于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行可以發(fā)揮強(qiáng)大的安全作用。

　　除此之外，在云存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)中心、傳感網(wǎng)和云計(jì)算等領(lǐng)域，量子通信的前景依舊可觀。此前，中國科學(xué)技術(shù)部副部長黃衛(wèi)表示，包括量子通信在內(nèi)的量子力學(xué)技術(shù)，將很有可能成為顛覆目前的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)之一，他認(rèn)為，2G、3G、5G就差一個(gè)數(shù)字，但其實(shí)在很多問題上是顛覆性的，量子通信和量子計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)目前所不能的解決事情。

　　說完量子通信，量子計(jì)算也是量子糾纏效應(yīng)衍生出的一個(gè)十分重要的應(yīng)用。無論是市面上計(jì)算機(jī)的理論極限還是從云計(jì)算算力的瓶頸來看，這其中存在著物理學(xué)導(dǎo)致的硬件和算法的軟件局限。這也就導(dǎo)致目前除了云計(jì)算市場外，邊緣計(jì)算的市場也在逐步擴(kuò)大，但是邊緣計(jì)算硬件鋪設(shè)和算法依然存在極限值，所以量子計(jì)算對(duì)于運(yùn)算量龐大的應(yīng)用有著良好的破解能力。

　　從理論上簡單來講，量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力會(huì)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)快億萬倍。我們都知道，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)算法是0或1.但是由于量子計(jì)算機(jī)的疊加態(tài)和糾纏態(tài)的特性，它則可以實(shí)現(xiàn)“既是1又是0”，可以實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)別遞增的運(yùn)算強(qiáng)度。

　　總的來說，對(duì)于工業(yè)企業(yè)來說，越來越多的設(shè)備上云，大量復(fù)雜算法、數(shù)據(jù)的堆積以及通信技術(shù)的鋪設(shè)，對(duì)算力和安全性的需求不言而喻。

　　經(jīng)過本次諾獎(jiǎng)，我們相信量子技術(shù)離產(chǎn)業(yè)化也將更近了一步。10月9日，IBM宣布將在未來10年投資量子計(jì)算等技術(shù)200億美元，聚焦于半導(dǎo)體技術(shù)、大型計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)和人工智能方面的突破。

　　量子技術(shù)作為需要未雨綢繆的關(guān)鍵領(lǐng)域，在國內(nèi)“十四五”規(guī)劃(2021-25年)中列出的優(yōu)先技術(shù)中，量子信息也高居第二，僅次于AI。另外，深圳在今年6月發(fā)布了一項(xiàng)技術(shù)政策，稱量子技術(shù)是四個(gè)“未來產(chǎn)業(yè)”之一。

　　然而，目前量子技術(shù)在各大領(lǐng)域的應(yīng)用道阻且艱。此前，一位國內(nèi)匿名的量子科學(xué)家說，在過去幾年中，有很多地方機(jī)構(gòu)和行業(yè)巨頭希望他將研究成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，但是他認(rèn)為目前量子信息應(yīng)該繼續(xù)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行技術(shù)完善，從成本和技術(shù)生態(tài)來說仍然有很長的路要走。

　　長期來看，量子技術(shù)有望帶領(lǐng)相關(guān)通信行業(yè)顛覆性發(fā)展，但在初期階段，量子信息更需要的是技術(shù)突破，需要在技術(shù)突破的基礎(chǔ)上進(jìn)行業(yè)務(wù)探索。在信息應(yīng)用活躍、產(chǎn)業(yè)鏈上下游完善后，量子技術(shù)作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)或?qū)⒊蔀榈谒拇喂I(yè)革命的源頭。