新华网科普丨量子不神秘:零基础带你解锁微观高科技

很多人觉得量子科技晦涩难懂、自带“科幻滤镜”,甚至将其与玄学画上等号。事实上,量子科技是基于量子力学原理发展而来的新一代颠覆性信息技术,已成为全球科技竞争的核心赛道。量子究竟是什么?它的哪些特性能为我们所用?国家级人才、国家重点研发计划首席科学家、北京航空航天大学教授周苗为我们解锁量子科技这些事儿。
量子到底是什么?
我们日常所处的宏观世界具有“连续变化”的特征,比如水温的升降、身高的增长、距离的远近,都能平滑增减,不存在固定的最小单位。但微观世界的能量与物质变化却是不连续的、跳跃式的,量子正是微观物理量中不可再分割的最小基本单元。简单来说,光的最小单元是光子,而能量的最小单位就是量子。
经典物理规则适用于我们看得见、摸得着的宏观世界,而量子力学,则是解释原子、光子、电子等微观粒子运行规律的核心理论,也是量子计算、量子通信、量子精密测量等所有量子技术的根基。
三大量子核心特性
量子叠加:同时存在的“双重状态”
宏观世界里,事物的状态具有唯一性:灯非开即关,开关状态非0即1。但量子可以同时处于多种状态的叠加,也就是说,它在被观测前可以同时具有0和1的可能性。这正是量子计算的核心优势所在——传统计算机1个比特只能处于1种状态,而1个量子比特可同时处于多种状态;量子计算正是利用这种叠加特性,使由N个量子比特组成的系统能够同时表征2的N次方个基态的组合状态,算力呈指数级增长,这是经典计算机永远无法突破的性能上限。
量子纠缠:隔空联动的“微观默契”
两个相互纠缠的量子,无论被分隔多远,哪怕相距数千公里乃至上万公里,只要其中一个量子的状态发生改变,另一个会瞬间同步变化,不受距离和速度限制。爱因斯坦将其称为“幽灵般的超距作用”。这一特性彻底颠覆了传统信息传输的逻辑,正是量子通信实现超远距离传输与高效联动的核心基础。
量子不可克隆:天生的“安全护盾”
量子世界有一条铁律:未知的量子态无法被精准复制。更关键的是,任何窃听或探测行为都会扰动量子态,导致传输信号发生改变。简单来说,量子通信不存在“偷偷窃听”的可能,只要有人试图窃取信息,通信双方就能立刻察觉,这正是传统加密技术无法比拟的优势。
三大量子硬核赛道
很多人都听说过“量子”,却未必清楚量子技术究竟能解决哪些问题。当前,量子科技的落地应用主要聚焦三大核心赛道:量子计算、量子通信与量子精密测量。这三项技术恰好对应人类亟待突破的三大难题——实现更快的运算速度、更安全的信息传输、以及更精准的测量能力。
量子计算:超级“并行大脑”
普通电脑和手机就像单线解题的学生,一次只能处理一个问题,面对复杂海量的数据,它们只能排队逐一计算,遇到超级难题就要耗费难以想象的漫长时间。而量子计算机依托量子叠加与纠缠特性,可以在特定问题上实现计算加速。无论是新药分子模拟、极端天气预测、新材料研发,还是特定密码分析,它都为经典超算难以高效处理的问题提供新的解决思路。
作为我国自主研发的光量子计算原型机,“九章四号”可精准操纵3050个光子,在执行高斯玻色取样任务中,生成一个样本仅需25微秒,而使用目前世界上最强大的超级计算机和最好的经典算法,需要超过10的42次方年的时间——经典超算要亿亿亿亿亿亿年完成,量子优势比达到10的54次方量级;不同于光量子路线,祖冲之系列专注于超导量子领域。最新迭代的祖冲之3.2号搭载107比特超导量子处理器,单、双比特门保真度(衡量量子运算精准度的指标,数值越高,运算出错率越低、稳定性越强)均达到全球领先水准,持续刷新我国超导量子计算的性能纪录。

4月10日拍摄的“九章四号”量子计算原型机局部。新华社记者 周牧 摄
量子通信:自带“防窃听妙招”
我们日常使用的手机通信、网络传输,均依赖代码加密。再复杂的密码,只要算力足够、技术到位,就存在被破解、窃听的风险。量子通信则实现了物理层面的绝对安全,其核心依托量子纠缠与量子不可克隆特性。量子信号就像一架平衡很脆弱的精密天平,一旦有人试图探测、窃听或复制信号,哪怕是极其微弱的干扰,都会瞬间打破这种平衡,改变量子的原有状态。此时通信双方能第一时间察觉异常,从根源上杜绝信息泄露与篡改的风险。
我国研制的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”,突破了地面光纤传输距离的限制,率先实现千公里级星地量子密钥分发与量子隐形传态,真正打通了量子通信天地互通的全新链路。而作为全球首条2000公里级广域量子保密通信骨干网络,“京沪干线”串联北京、上海等二十余座城市,已稳定投入商用,为涉密传输、金融交易、电力调度等关键领域,筑牢了物理级安全的信息屏障。
量子精密测量:微观“超级尺子”
传统测量设备如同普通卷尺、体温计,精度有限,难以捕捉细微变化。而量子作为高度敏感的微观单元,外界哪怕一丝温度、重力或磁场的微小变化,都会引发量子态的改变。基于这一特性研发的量子传感器与测量设备,堪称精度拉满的“微观超级尺子”,其测量精度较传统设备提升数百甚至数千倍,能捕捉到以往人类仪器完全无法感知的细微变化。
我国国产量子陀螺仪精度领先,无需依托GPS卫星信号即可实现长时间、高精度自主导航;国产量子重力设备能精准捕捉地下重力的细微差异,无需钻探深挖就能“透视”地下结构;国产量子精密传感医疗设备可捕捉人体早期病变的微观信号,比传统体检手段更早、更精准地筛查潜在病变与疑难病症。
量子科技并非噱头或玄学,而是一套拥有严谨科学理论支撑、经得起实验验证的颠覆性硬核技术。当前,全球量子科技整体处于从实验室研发向产业化落地过渡的阶段,尚未全面普及民用,但核心技术突破与场景落地正加速推进。未来,量子科技将逐步走进大众生活,彻底改变算力、通信、探测、医疗等诸多领域。(林雨南 郭晓婷)
大家都在看
-
阿基米德:那个浴缸里裸奔的数学家,凭啥让罗马士兵都怕他? 如果你以为数学家都是穿着长袍、一脸严肃的老头子,那你一定没听说过阿基米德。这位古希腊老兄,堪称历史上最“炸”的科学家——不是因为他发明了炸药,而是他的人生实在太有料了。浴缸里的惊天发现事情是这样的:国 ... 科技之最07-27
-
长鑫科技十年DRAM量产,给国产存储留下了怎样的商业范本? 长鑫科技,这家从合肥起步的DRAM(动态随机存取存储器)企业,用了十年时间,从零做到全球第四、中国第一,即将于2026年7月27日登陆科创板。成功上市后,它不仅让合肥国资收获了百倍级账面回报,更让国内其他半导体 ... 科技之最07-27
-
3.3万亿!长鑫科技总市值居A股第一,中一签赚2万,幻方量化又赚麻了 7月27日,中国“存储之王”长鑫科技(688825.SH)正式登陆上交所科创板,开盘报49.5元/股,较8.66元/股的发行价大涨471.59%,市值达3.31万亿元,超越工商银行,居A股总市值第一。以开盘价计算,中一签(500股)投资 ... 科技之最07-27
-
值得珍藏:科技核心“五巨头”,AI赛道,半导体龙头,汽车芯片等 深耕二级市场产业投研整整二十年,常年跟踪国内科技全产业链的发展脉络。如果把国内高端科技产业链看成一座完整的金字塔,有五个细分领域算得上塔尖核心支柱,业内俗称科技五巨头,分别是AI算力芯片、半导体设备、晶 ... 科技之最07-27
-
三星堆600余根象牙“搬新家” 独家揭秘科学守护之路 央视网消息:1986年7月,三星堆遗址祭祀坑被发现,四十年来,古蜀文明的密码不断破译。近日,纪念三星堆遗址祭祀坑发现四十周年暨古象牙研究与保护学术研讨会正在四川广汉召开,其中,三星堆遗址袁家院祭祀区考古研 ... 科技之最07-26
-
长鑫科技科创板挂牌倒计时:国产存储全产业链5大方向核心标的深度拆解 (来源:金融小博士)2026年7月23日晚,长鑫科技发布上市公告书,确认公司股票将于7月27日正式在科创板挂牌,发行价8.66元/股,对应市值约5800亿元(绿鞋前),部分机构给出中性预期市值2万亿—3万亿元。作为中国规 ... 科技之最07-26
-
脑科学重磅结论:孩子大脑最高效休息,睡觉只排第二 多数家长一直存在一个育儿误区:孩子学习犯困、专注力下降、用脑过度时,第一反应就是让孩子睡觉、趴桌午休。但多项脑科学实验、中科院心理研究所对照研究给出颠覆性结论:睡觉并非孩子白天最高效的脑力修复方式,真 ... 科技之最07-26
-
阿基米德:千年罕见科学天才,成就领先世界两千年 纵观人类科学发展史,牛顿奠定经典力学,爱因斯坦开创相对论时代。但早在两千多年前的古希腊,就出现了一位碾压时代的全能天才,他就是阿基米德。科学界公认:在古代所有学者中,阿基米德是唯一一位真正接轨现代科学 ... 科技之最07-26
-
八大无可替代金属之王盘点,硬核科技关键卡脖子材料全梳理 我是十七财讯,平时咱们炒股聊赛道,总盯着芯片、AI、航天、机器人这些热门概念,但很少有人深挖支撑这些高端产业活下去的底层原材料。一台高端服务器、一枚卫星火箭、一颗先进制程芯片,看着是精密科技产物,实则离 ... 科技之最07-26
-
象牙塔到产业高地:华工科技二十七年完整发家史 在武汉东湖之畔的中国光谷,坐落着一家脱胎于高校实验室、扎根光电子赛道二十七年的硬核科技企业 —— 华工科技产业股份有限公司(股票代码:000988)。从 1999 年由华中科技大学四家校办企业重组诞生,到 2000 年成 ... 科技之最07-26
相关文章
- 颠覆百年格局!35岁王虹登顶世界数学巅峰,重塑中硬核科技话语权
- 德明利这次科技股调整以来,是跌得最凶狠的个股之一!这是机构和主力抱团的杰作,涨得有多疯狂,跌得有多离谱!
- A股:突发扰动,美股科技七巨头大跌!今日周五将迎来风雨?
- 十年后最值钱七类核心科技揭晓 半导体标杆企业一次性讲透彻
- 碾压时代的五大科学巨人,看懂他们,才算读懂人类科技史
- 别掐灭孩子的好奇心!这才是科技强国最该做的基本事
- A股头条:证券交易印花税上半年进账1549亿,增幅创十年之最;多家海外科技巨头加码数据中心业务,OpenAI将云支出预期上调至7500亿美元
- 哈工大航天核心优势,为何总有一群学生总师站在最前沿?
- 中科大vs华中科大,两大顶尖科技名校,到底谁更值得报考?
- 别被账面利润迷惑!国产半导体设备十强真实实力排名曝光
- 拒绝套路!5本顶流科技修仙神作,用科学推演天道,越看越上瘾
- 都有“世界之最”,到底谁最牛?
- 中国科技:哪些世界第一,哪些还在追赶?
- 让牛顿发现引力的不是苹果,而是非凡的数学思维!
- 科技牛为何还在,支撑点在哪
- 科创板开市七周年专题报道
- 何谓真正的科学?以疗效为尺,方懂中医大道
- 中东战火升级遇上科技巨头财报季! 从韩国去杠杆到费城半导体跌入熊市,市场等待巨头们给出“可量化AI投资回报”
- 全球首个、自研首颗,密集上新的硬核科技,见证中国创新跃迁
- 南方科技大学凭什么超越百年名校?三大排名密码揭秘
热门阅读
-
万事胜意不能乱说的原因?告诉你万事胜意该对谁说 12-09
-
科威特第纳尔为什么那么值钱?比美元值钱的货币盘点 12-22
-
撕心裂肺十大催泪情歌,10首哭到崩溃的歌曲 12-24
-
不敢公布马航真实原因,内幕曝光简直太惊人! 12-25
-
陈百强什么原因怎么走的,陈百强85事件是什么 01-05
-
麻将公式一定要背下来,麻将手气背转运小妙招 01-19
-
科学家发现上帝的存在,神仙真实存在的十个证据 04-29
