于梅君

主笔、视频制作：于梅君

今年的政府工作报告提出，“培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未来产业”。同时，2025年也被联合国确定为“量子科学和技术年”。那么，量子科技是什么？它是如何改变普通百姓生活的？

量子：打开微观世界的钥匙

中国科学技术大学郭光灿院士指出：“量子不是玄学，而是一把打开微观世界的钥匙，它的应用早已渗透现代社会的每个角落。”那么，量子究竟是什么？

量子听上去与原子、电子等非常相似，很容易让人误以为它也是一种具体粒子。其实，量子并不是一个实体的“东西”，而是一种物理概念。简单说来，量子就是一种物理量中不可再分割的最小单位。

假设将全人类视为一个物理量，那么它的最小单位便是“一个人”，不存在半个人，“一个人”便是全人类这个物理量的量子。再比如上楼梯时，你只能站在第1、2个台阶，却无法停在1.5个台阶——这就是量子化的生动比喻。

而量子“叠加”与“纠缠”的特性，则反映了它在微观世界的“超能力”。

所谓“叠加态”，是指电子可以同时处于多个位置，如同孙悟空的分身术，可以在同一时间处理多种不同任务。因此，利用量子叠加，我们可以实现计算机的并行计算。例如，分解一个300位的大数，用传统计算机可能需要15万年，而利用量子叠加技术并行运算，仅需一秒钟即可完成。

再比如一枚硬币，当它静止时，我们可以将其视为一个经典比特，这是经典计算机中的基础逻辑单元，它只能表示硬币的一面朝上或朝下。然而，如果我们让硬币开始旋转，它便能同时表达正面和反面两种状态，这就像量子计算机中的量子比特。

在量子力学中，还存在一个奇妙现象——量子纠缠，这是指两个粒子即使相隔千里，状态仍紧密关联，被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”。当大量的量子彼此纠缠时，它们所构成的计算空间，便会以指数级方式扩展，从而带来计算能力的指数级增长。

正是因为量子的这些特性，催生了量子通信和量子计算的革命性突破。

谈及“量子科技”，多数人的第一印象还停留在科幻大片里。其实，“量子科技”并不遥远，它正以“润物细无声”的方式改变着每个人的生活。

量子通信：二人世界拒绝“第三者”插足

在武汉等城市的一些电信营业厅里，量子SIM卡、量子密话等新产品琳琅满目，激起不少人的好奇心。

用户办理“量子密话”套餐后，营业厅将提供首次免费换卡服务——将普通SIM卡更换为量子SIM卡，用户在手机应用市场下载“量子密信”APP后，就能享受量子加密的移动通信服务。

“更换量子SIM卡，手机网速不受任何影响，通信安全将更有保障。”武汉电信云网发展部专家张珣介绍，“量子密信”APP可进行加密通话、发送加密短信等，无惧监听破译和信息泄露。

为什么量子技术能保障通信安全？张珣解释，传统加密依赖于数学难题，而量子通信则基于物理定律，任何窃听都会扰动量子态，使其立即暴露行踪。

比如把一个光子比作一个乒乓球，从球台一边飞到另一边，会形成一个独一无二的固定轨迹；若乒乓球在飞行途中被人截取，再抛向球台另一边，尽管乒乓球仍朝目标区域飞去，但原始飞行轨迹将产生偏差。

因此，量子通信是单纯的“二人世界”，只有发送方和接收方能“点对点”查看信息，所有监听行为都将改变量子系统状态，任何“插足的第三者”只能收到乱码。

使用“量子密信”APP拨打加密音视频电话时，拨打和接听双方均需持有量子SIM卡的手机。通话过程中，双方的SIM卡会各消耗一支“量子密钥”，每次会话密钥均不相同，一话一密。

目前，一张新的量子SIM卡配有约13万支密钥，一般足够使用4至5年。密钥用尽后，需到营业厅给SIM卡补充密钥。

基于量子通信特性，多媒体消息“阅后即焚”功能是一大亮点，消息焚毁后再无法找回。而市面上即时通讯APP的消息撤回功能，技术人员通过专业软件仍可恢复消息内容。

我国2016年发射的“墨子号”卫星，首次实现千公里级量子密钥分发，误码率低于1%，为全球量子通信网奠定了基础。

今年2月23日，北京量子信息科学研究院发布重大科研突破：成功研制出实用化量子直接通信系统，并创造多项世界纪录。该系统在104.8公里标准光纤上实现168小时连续稳定运行，传输速率达到2.38kbps，标志着量子直接通信从实验室走向实用化阶段。

量子计算：破解传统算力“天花板”

量子力学，这个曾让爱因斯坦都感叹“上帝掷骰子”的领域，如今正掀起一场静默的“革命”。量子计算与量子通信如同双翼，不断推动人类突破经典物理的边界。

量子计算被认为可能是下一代信息革命的关键技术。量子计算优越性像个门槛，验证了量子计算机超越传统计算机的可行性。

中国科学家近期发布的超导量子计算原型机“祖冲之三号”，以比传统超算快千万亿倍的运算速度，再次刷新世界纪录。

2019年，谷歌凭借53比特超导量子芯片“悬铃木”，首次宣称实现量子计算优越性，但中国科研团队仅用两年便以“祖冲之二号”反超，并在2025年推出105比特的“祖冲之三号”，将超导体系量子计算优越性提升到新高度。中国科大教授朱晓波形容：“这就像从手工打造自行车，升级到工业化生产高铁。”

这一成果不仅比谷歌2024年发布的成果快百万倍，更以83比特规模的随机线路采样实验，让经典计算机需耗时10^9（10的9次方）年的任务，在量子芯片上仅需几百秒完成，成为超导量子计算领域的“新王者”。

这一实验不仅验证了量子计算的可行性，更揭示了其指数级加速潜力——就像用火箭取代马车，彻底颠覆计算范式。

这些突破虽未直接服务百姓，但已在新药研发（如抗癌分子模拟）、交通优化（城市拥堵预测）等领域试水。

以药物研发为例，过去，当分子规模超过100个原子时，经典计算机便难以应对其精确计算的需求。然而，随着量子计算的出现，有望直接计算千万甚至上亿个原子的蛋白质分子结构，从而为药物研发带来革命性突破。

量子测量：精准捕捉过去测不到的信号

相比量子计算，量子感知技术目前有更广泛的应用场景。国仪量子（合肥）技术有限公司董事长贺羽介绍，传统测量技术在分辨率和灵敏度上有一定局限，而量子测量技术可以精细到纳米、亚纳米量级。

将量子精密测量用于超导材料的研发，能实现纳米级别的表面磁性分布成像；用于石油行业，则可以实现对地下油气存储分布勘探等。

北斗系统搭载的量子原子钟，让手机定位误差从10米缩至1米，滴滴司机再也不会“错过路口”。在智能驾驶中，量子随机数可用于每次通讯的加密，即使被截获，密码也无法破解。

随着智能家居的普及，量子传感器也将发挥重要作用，它可以精确测量室内环境参数，如温度、湿度、空气质量等，让人们生活更加舒适、健康。此外，量子传感器还可以用于智能安防系统，实现更精确的监控和报警功能。

在智能电网中，通过精确测量电压、电流等参数，可以提高电网的稳定性和运行效率，减少能源损耗。

在大气污染监测中，量子传感器可以精确测量PM2.5、二氧化硫等污染物的浓度变化，为制定有效的污染防控措施提供指导。

在工业生产过程中，量子传感器还可以实现对产品尺寸、形状、材料特性等参数的超高精度测量，提高产品质量和生产效率。

量子医学是一个新兴的医学领域，通过量子医学技术，医生可以更准确地诊断病情、制定治疗方案。2024年，上海一医院引入量子磁力计，可检测早期阿尔茨海默病患者脑部微量磁性变化，诊断准确率提升40%。

利用量子传感器改进的磁共振成像（MRI）设备，可以看清头发丝直径百分之一的细胞内部影像，为手术等治疗方案的制定，提供更可靠的依据。

中国科学院院士杜江峰团队还研制出比细胞和分子更小的传感器，可以用来寻找暗物质、暗能量的踪迹；在生命健康领域，量子精密测量可以实现生物标识物的超灵敏检测，未来可以用来做神经、癌症等疾病的早筛、药物研发的药效评估等。

从“墨子号”守护信息安全，到原子钟精准导航；从量子传感器预警疾病，到未来量子计算机优化城市，量子科技正在重塑我们未来的生活图景。

知多一点

量子云印章：为文件披上“防伪铠甲”

开机、指纹解锁、人脸识别、接入系统、盖章、审计拍照……这就是一枚量子云印章的使用过程。

“量子云印章”是一款量子安全办公产品，将传统实体印章存入电子章筒，利用内置在终端的量子安全介质以及量子安全密钥，对业务过程数据进行加密，通过量子云印章管理平台，对盖章行为全过程监督，实现用印“事前审批可控制、事中监管防风险、事后留痕可追溯”。

“量子云印章在办公场所非常实用。”中电信量子集团量子云印章产品经理蒋兴凡介绍，量子云印章将用章全流程数字化，既让百姓办事时少跑腿，更实现了用、传、存、稽核等用印全流程量子加密安全保护。

每一次使用，系统都会记录用印申请人和审批人、用印文件、时间、地点、次数等数据，任何伪造、跨区域用章等异常行为，都将在量子动态防伪技术与OCR内容识别下无所遁形，不仅能提升盖章效率，还能大幅减少人为干预和错误。

目前，量子印章已在北京、安徽、河北等地的政务审批、乡村治理、财务审计等3000多个场景使用，预计在未来10年内，量子云印章的市场容量有望达到数百亿规模。