期待第二次量子技術革命
英國國家物理實驗室郝玲教授本報記者 鄭煥斌攝
編者按 自去年底IBM公司推出全球首款50量子比特的量子計算原型機之後，全球量子計算領域的競爭進入關鍵階段，「量子霸權」成為各國科研機構競相追逐的目標。究竟量子技術可能帶來哪些變革？未來研發的重點方向又是什麼？科技日報國際部記者就此採訪了國內外專家，為讀者進行了梳理。
近年來全球量子技術的競爭，已不僅局限於谷歌等巨型公司之間，英美政府和歐盟也紛紛加入角逐。「其根本原因是量子技術有望成為未來各國競爭的制高點。」英國國家物理實驗室（NPL）郝玲教授近日在接受科技日報記者專訪時表示。
英國引領歐盟量子技術研究
英國政府早在2013年就宣布將在此後5年內投資2.7億英鎊，加速量子技術的商業化進程；2015年9月發布了《英國量子技術路線圖》；2016年12月發布的《量子技術：時代機會》報告認為人類正處在第二次量子革命的前夜，選定了原子鐘、量子成像、量子感測器和測量、量子計算和模擬以及量子通信作為五大重點研發領域。英政府首席科學顧問馬克·沃爾帕特表示，這些領域「具有生產新產品和服務的潛力與價值」。
郝玲教授說：「英國是歐洲量子技術研究的先驅，政府在政策推動方面也極富遠見。尤為重要的是，在自身重視量子標準研究的同時，它還以自己的經驗和影響力，對歐盟量子技術旗艦計劃的醞釀、四大支柱領域的甄選都產生了重要影響。」
據郝玲教授介紹，2013年英國國家物理實驗室（NPL）專門成立了量子計量研究院，目前它正在進一步擴建為先進量子計量研究院——建立一批先進實驗室，從固體物理和光學技術兩個技術線路，加強對量子標準和感測器的研究。2016年4月歐盟發布了《量子宣言（草案）》，計劃於2018年啟動歷時10年、投資規模為10億歐元的量子技術旗艦項目。在該項目醞釀過程中，歐盟汲取了石墨烯旗艦項目沒有把「石墨烯標準」放在重要地位的教訓，借鑒了英國的經驗。目前確定的四大支柱領域為：量子標準和感測器、量子計算機、量子通訊以及量子模擬。
量子標準和感測器是靈魂
郝玲教授認為，量子標準和感測器密不可分，只有使用基於量子原理的器件才能測定量子標準。量子技術產業的發展需要一套完整標準，依據標準把很多器件搭成一個系統；而每一個器件的組裝、每一步運行，都需要標準支撐，唯如此才能最終達到系統的完整性。
她說，歐盟甄選的四個領域具有代表性，對未來具有戰略意義，有助其在全球競爭中佔據有利地位。前三個領域缺一不可，而量子模擬則是在前三項基礎上擴展到很多應用領域，如大數據管理、模擬新材料和化學反應過程，以及高溫超導機理等。即便量子計算機目前暫時無法實現「量子霸權」所需的量子比特數，其運算速度和效率也大大超出傳統計算機。
郝玲教授強調：「英國和歐盟值得借鑒的共同經驗是，都把人才培養放在重要地位。」英國已在牛津、伯明翰、格拉斯哥和約克等4所大學建立了量子技術研究中心；NPL也與倫敦大學學院、帝國理工和布里斯托3所大學合作建立了3個博士點，聯合培養專門人才。
中英「強強合作」添新動力
2017年9月，我國發射的「墨子號」衛星利用光子的量子糾纏原理在北京和維也納之間建立遠程密鎖通信，這標誌著我國在量子通信領域的研究達到全面領先的優勢地位。英國《量子技術：時代機會》也認為，「中國在量子技術論文發表方面居全球第一」。
郝玲教授表示：「中國的成就令人矚目。最近中英發布的《中英科技創新合作戰略》，搭建了未來十年的合作框架。這為中英在量子計算領域的研究和聯合培養人才注入了新動力，尤其強調將致力於共同推動知識產權保護，以支持兩國創新與貿易合作，這種舉措將清除在石墨烯等領域合作中曾出現的障礙，有助於把英國的創新理念與中國的技術、市場有機結合起來，實現強強聯合。中英加強合作有助於在量子計算技術領域走在世界前列。」
她認為，中英兩國還應加強聯合培養量子人才，通過建設專項博士點等方式，激勵雙方學者全方位交流——既要著眼於學術合作，更要著眼於密切文化交流。
