世界量子日 | 为何让科学家“捉摸不透”？揭开量子的神秘面纱( 三 ) 本文转自：北京科技报今天是

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▲“九章二号”整体装置图。（图片来源：中国科学技术大学）
“量子优越性”像个门槛，是指当新生的量子计算原型机，在某个问题上的计算能力超过最强的传统计算机，就证明其未来有多方超越的可能。
去年10月， “九章二号”求解高斯玻色取样比目前世界最快的超级计算机快10的24次方倍（亿亿亿倍）；“祖冲之二号”的计算复杂度，比谷歌推出的“悬铃木”提高100万倍。我国的“量子优越性”引人注目。
“现在可以说，我们的量子计算也进入世界第一方阵。”“九章二号”“祖冲之二号”由中国科学技术大学潘建伟院士团队牵头研制，团队成员、“九章二号”项目负责人陆朝阳说。
“安全可靠”的量子通信
近日，北京量子信息科学研究院、清华大学龙桂鲁教授团队和陆建华教授团队合作，设计和实现了一种相位量子态与时间戳量子态混合编码的量子直接通信新系统，通信距离达到百公里，是当前世界最长的量子直接通信距离。

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▲量子直接通信新系统原理示意图（图片来源：北京科技报）
传统的通信方式建立在加密算法或者加密技术基础之上，如果计算能力足够强大加密算法被破解，就有被窃听的风险。而量子的独有特性，使其具有不可克隆、测不准等“先天优势” 。用量子做成的“密钥”来传递信息，加密的内容不会被破译，窃听者必然会被“抓包” ，从而使得窃听者不能获得信号，进而保证传递的信息从原理上不可能被计算破译，因而具有绝对安全性。
“数据精准”的量子测量
2018年11月13日，第26届国际计量大会对千克、安培、开尔文、摩尔4个基本单位进行了重新定义，分别对应4个基本常数：普朗克常数、基本电荷、?波?尔兹曼常数、阿伏伽德罗常数。表决通过后，在2019年5月20日“世界计量日”起正式实施。此次国际单位制的重新定义，标志着国际单位制和精密测量的量子化时代到来，影响深远，意义重大。简而言之，量子计量是以时间频率单位为基础，以基本物理常数为中介，实现基本单位或导出单位的复现。
为统一国际计量单位，提升测量精度，国际计量大会对七个基本物理单位进行重新?的?量子化定义。这些常数统一定义以后，物理量的单位就可以在全世界任何地方被复现，不再需要溯源到国际计量局的实物基准，真正实现了“计量单位量子化、量值溯源扁平化”的目标。

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▲国际七个基本单位的量子化定义（图片来源：新华网）
物理单位实现量子化后，可显著提高测量精度。以时间单位“秒”和频率单位“赫兹”为例，实现量子化后，其准确度从百万分之一提高到万亿分之一，而光钟频率的不确定度甚至已低至千亿亿分之一，这些成果推动了卫星导航、计算机、互联网的大发展。另外，长度单位“米”实现量子化后，量值误差从0.1微米（万分之一毫米），迅速提升了上千倍，推动了战斗机等航空航天技术的提高。
在量子精密测量领域，中国科研水平和技术应用与欧美国家旗鼓相当、各具优势。近年，我国实现海森堡极限精度的单光子克尔效应测量、200公里单光子三维成像、在室温水溶液环境中探测到单个DNA分子的磁共振谱等重大成果，并在金刚石NV色?心?技术路线上研发出量子钻石单自旋谱仪、量子钻石原子力显微镜等“人无我有”的创新产品。在量子科技高速?发?展的同时，其发展与应用前景仍存在长期性和不确定性。中国信息通信研究院技术与标准研究所赖俊森博士介绍，以量子计算为例，可纠错逻辑量子比特的门槛尚未跨越，大规模通用量子计算仍是远期目标，量子计算系统架构和软件体系仍处于初步探索阶段，对工作环境的要求仍十分严苛，超导、光量子、离子阱、半导体、拓扑等多种技术路线并行发展，将来哪条路线将“胜出”仍未可知。