。中国科技在量子领域逐步实现从缺位到追赶再到引领的历史性跨越,成为全球量子科技发展的重要推动力量。下个世纪,中国量子科学会成为绝对主角吗?站在世纪转角处,让我们
1925年前后,维尔纳·海森堡提出以矩阵力学描述量子世界,埃尔温·薛定谔推导出波动方程,创立波动力学,两种看似矛盾的体系最终殊途同归,共同奠定了量子物理的发展基石,堪称量子力学的“奇迹之年”。20世纪初,量子力学由马克斯·普朗克、阿尔伯特·爱因斯坦、尼尔斯·玻尔和其他欧洲科学家创立;若以维尔纳·海森堡提出“新量子论”为起点,量子力学至今已诞生整100周年。
量子力学中最基础的常数——普朗克常数,以电子伏特·秒为单位四舍五入后为4.14×10⁻¹⁵ eV·s。作为能量与时间乘积的普适常数,普朗克常数被视为连接微观与宏观世界的桥梁。从普朗克提出“量子”概念算起,迄今已逾120年。2021年起,来自65个以上国家的量子科学家共同发起,把4月14日被定义为“世界量子日”。
量子理论不仅彻底改变了人类对微观世界的认知,催生了半导体、激光、核能等20世纪最重要的技术,还正在引领计算、通信、传感等领域的突破,深刻融入社会生活,持续塑造未来。那么站在百年后的今天回望,量子理论究竟是如何诞生的?又是如何一路发展至今的呢?
1900年的柏林,马克斯·普朗克在书房里焦灼地踱步。为了解释黑体辐射的实验数据,他被迫提出一个“离经叛道”的假设——能量必须像硬币一样,以最小单位“量子”进行交换。这个被他称为“绝望之举”的猜想,如同点燃黑暗的火种,点亮了人类认知的量子纪元。
19世纪末的物理学界洋溢着乐观情绪。牛顿力学统治宏观世界,麦克斯韦方程统一电磁学,热力学掌控能量转换。然而就在1900年,威廉·汤姆森(开尔文勋爵)在题为《19世纪热和光的动力学理论上空的乌云》的演讲中提到:“动力学理论断言热和光都是运动的方式,现在这一理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽”。这两朵“乌云”便是黑体辐射的紫外灾难和迈克尔逊-莫雷实验的结果,他们最终催生了20世纪物理学的两大革命——量子力学和相对论。
马克斯·普朗克用“量子化”假设驱散了第一朵乌云,但真正掀起革命的,是更年轻的一代人。1905年,25岁的“明日之星”阿尔伯特·爱因斯坦提出“光量子”,用粒子性解释光电效应;1913年,“物理学巨匠”尼尔斯·玻尔将量子概念引入原子模型,描绘电子在轨道间跃迁的图景。然而,当多电子原子让玻尔模型失效时,量子力学迎来了线年,“物理天才”维尔纳·海森堡抛弃电子轨道概念,用矩阵数学描述量子世界;“未来网红”埃尔温·薛定谔则用波动方程展现电子的概率云形态。两种看似矛盾的体系最终殊途同归,量子力学的理论大厦正式成型。
马克斯·普朗克;最后排从右边数第三个是维尔纳·海森堡、第六个(中间)是埃尔温·薛定谔;中间一排从右边数第一个是尼尔斯·玻尔。
手机拍照时,镜头后的CMOS传感器正上演“爱因斯坦的光电效应”:光子如雨滴撞击硅片,激发出电子形成图像。这项百年前获诺奖的研究,如今定格着无数世界的决定性瞬间,记录着人们的点滴回忆。
原子钟校准时间”,发出原子超精细能级跃迁的频率,比机械钟表稳定百万倍。正是这些量子舞者,让定位精度达到了厘米级。
半导体中电子的量子跃迁发光;电脑芯片的数十亿晶体管,则利用量子隧穿效应让电子“穿墙”工作。正因为这一系列的纳米级奇迹,构建出我们这个丝滑便利又瞬息万变的数字时代背后的技术原理。
安全联网、隐私保护的考验,而这更离不开数据通信的安全。量子加密通信在原理上具有不可破解性,被认为是最有望实现数据传输“万无一失”的技术,可以在未来把可以预见的数据爆炸所带来的潘多拉关进魔盒中。
量子云端互联技术似乎听起来很遥远,但它却有着前所未有的普惠性,能让普通企业乃至普通人无需拥有量子计算机,也能体验量子计算的优越性。云平台的开放,对中小企业开发人工智能、生物医药、新材料等需要强大算力需求的产业,提供更快、更广阔的技术便利与发展前景。
国家高度重视量子科技的发展,超前布局量子信息等产业,把量子提到未来产业的战略高度,为引领量子基础研究,为推动产业化进程,从政策到执行,不断助推中国量子科技发展。
在战略层面,十四五规划将量子信息列为科技前沿领域之首,年均投入超百亿元,彰显国家层面对量子科技的战略重视。在产业生态上,已形成合肥、北京、上海三大产业集群,覆盖从基础研发到商业应用的全链条体系。
逐渐从学习者转变为规则制定者,达成了一系列包括但不限于下面所列举的突破性成就(据不完全统计):
这种系统性的发展模式,一步步推动中国在量子计算、量子通信、量子测量等关键领域快速突破,逐步实现从跟跑到并跑乃至领跑的跨越。
结晶;量子理论发展的初期,中国科学界还处在起步阶段,对量子理论基础研究的贡献有限;而来到二十世纪末,在经济与科技的蓬勃发展下,中国抓住了即将到来的二十一世纪量子革命的机遇,发挥中国科技在应用领域的技术经验和市场优势,为中国量子科技的起飞埋下了伏笔,进而成就今天中国科学家们已在量子科技领域开辟出坚实的天地。而在未来的下个世纪,中国能不能在这个领域把握新起点实现国家布局,成就更强的学科创造,进而在全人类共同奠定的科学基石之上,继续为人类知识积累与技术进步贡献力量,肩负起时代赋予的建设美好家园的人类使命?答案已很清晰。值此量子百年与世界量子日世纪交汇之际,让我们共同向为世界量子理论、量子科技作出卓越贡献的全球科学家们致敬
为中国量子科技发展做出贡献的来自产学研企政等千行百业的推动者们致敬;更要向我们这一代中国量子科技的奋斗者们致敬,致敬他们接好了中国科学家们的这一棒,在中国量子领域的“无人区”接力创造、探索前进。让我们共同见证这个历史性的时刻,预见中国站在下个世纪量子科技引领潮头的序章,为下个世纪全人类的量子发展奋力续写属于全人类的未来科技光辉篇章。返回搜狐,查看更多
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