袁岚峰：量子科技是什么？不是什么？| 科学世界·视点

看过前面几期专栏文章的朋友们，应该都记住了有一个基础物理学理论叫作量子力学，是20世纪初起源的。但这样一来，立刻就会产生一个问题：原来量子这个词完全不是个新词啊，它已经有一百多年的历史了！那为什么它近年来在媒体中变得如此火热呢？为什么政府工作报告中还经常把“量子科技”称为“未来产业”呢？

答案非常有趣，量子科技这个词，可能指几种不同的意思。

先厘清：广义量子科技，我们每天都在用

最广泛的意思，自然是与量子力学有关的科技。但我们在前面几期专栏文章提过，几乎没有一个科技是跟量子力学没有关系的。

️当你用电的时候，你就用到了量子力学，因为导电性必须用量子力学（能带理论）才能解释。

️甚至当你用到固体的时候，你就已经在用量子力学，因为要深入到量子力学（泡利不相容原理），才能解释世界上为什么会存在固体。

️更神奇的是，当你用到原子的时候，你就在用量子力学，因为只有量子力学（电子能量的量子化），才能解释原子的稳定存在。

所以按照这样的理解，你很快就会发现，几乎所有的科技都是量子科技。这个含义太广了，一个无所不包的名称就失去了意义，所以很少有人会在这个意义上使用“量子科技”这个词。

核心答案：媒体热炒的，是 “年轻” 的量子信息

媒体现在报道的量子科技，十有八九指的是一门新学科：量子信息。它比量子力学年轻得多，是20世纪80年代才出现的。量子信息作为一门学科很年轻，作为产业就更年轻，还远远没到成为社会支柱性产业的时候。但它确实具有这样的潜力，而且有希望成为战略性、颠覆性、革命性的产业，这就是为什么，政府工作报告中把它称为未来产业。

那么，量子信息究竟是什么呢？它是一门交叉学科，量子力学与信息科学的嫁接。为什么这两个学科要结合到一起呢？因为科学家们发现，用量子力学的原理，有可能实现一些传统信息科学无法实现的效果。

1️⃣量子通信：实现科幻级黑科技

量子通信（quantum communication）有很多非常震撼的应用，例如传送术。是的，科幻影视中的传送术，在某种意义上变成了一个真实的技术！它的专业名称叫作“量子隐形传态”（quantum teleportation），实际的效果是把一个粒子的状态传到远处的另一个粒子上。

量子隐形传态

2022年诺贝尔物理学奖获得者安东·蔡林格（Anton Zeilinger）获奖的原因之一，就是他的研究组在1997年第一次实现了量子隐形传态，而他当时的博士生潘建伟就是那篇论文的第二作者。量子隐形传态大概是量子信息所有应用中最具科幻色彩的一个。

再例如“不可破解的密码”。学过密码学的人都知道，这是密码学的终极追求，人类追寻了两千多年都不得其门而入。历史上很多曾被认为不可破解的密码结果都被破解了，例如纳粹德国的“谜”（ENIGMA）。

恩尼格玛密码机

然而用量子力学的方法，我们真的可以设计出一种绝不可能被数学破解的密码体系。这个方法叫作量子保密通信或者量子密码（quantum cryptography），它的起源叫作BB84协议，因为它是两个姓氏首字母为B的科学家在1984年提出来的。具体方法以后我们再介绍，在这里只是先告诉大家，用量子力学有可能实现密码学的终极梦想，这是“它山之石可以攻玉”的一个惊人例子。

2️⃣量子计算：只解决 “关键难题” 的算力王者

大家应该都听说过量子计算（quantum computing）吧。即使是对量子力学一无所知的人，可能也都听说了量子计算机是现在最热的投资领域之一。这个领域热得甚至都有点过了，以至于许多量子计算研究者都出来说大家不要炒作，要理性认识，健康发展。

中国科学技术大学研发的量子计算机“九章”

量子计算机的目标是什么呢？当然就是更强的算力。然而，它跟现在用的计算机即经典计算机有个本质的区别。经典计算机如果升级换代，就是算什么问题都比以前快，例如80486处理器干什么都比80386处理器快。而量子计算机不是这样，它只在处理某些特定的问题时比经典计算机快，而不是所有问题。不过，这些特定的问题里有一些是非常重要的，例如密码破译、天气预报、材料设计、交通管理等。因此，量子计算的潜力极其巨大，许多国家和企业都在争先恐后地投入。

3️⃣量子精密测量：把精度提升10亿倍

量子精密测量（quantum metrology），顾名思义，就是用量子力学的方法，提高对某些物理量的测量精度。

能提到多高呢？一个例子中精度提升了9个量级，即10亿倍的改进。一束光是由很多个光子组成的。我们现在用的相机，大约需要10亿个光子才能成一个像素点。然而2018年以来，潘建伟院士、徐飞虎教授研究组开发了一种单光子相机系统，只需要一两个光子就能成一个像素点，这是9个量级的进步！

用单光子相机对45千米外的浦东民航大厦拍照，能够清晰解析出0.6米宽的窗口

这9个量级的进步，能带来什么呢？一个有趣的例子，是2018年8月，研究者们在一个雾霾天对45千米外的浦东民航大厦拍照。如果用普通相机，在雾霾天，又离得这么远，结果当然就是雾蒙蒙的一片，什么都看不见。而用单光子相机，就能得到有效的信息，再用算法逐级反演，最后就能显示出来这是一栋大楼。因此，他们把这个技术文艺地称为“雾里看花”。

这个方向上最新的进展是，2025年5月，研究者们首次提出并实验验证了主动光学强度干涉技术合成孔径技术，实现了对1.36千米外毫米级目标的高分辨成像。该工作为远距离、高精度的遥感成像和日益重要的空间碎片探测等应用场景，开辟了新的可能性。

以后，我们会逐步地介绍量子精密测量、量子通信和量子计算。其实这三个领域可以理解为，它们分别是信息的获取、信息的传输和信息的处理。在经典的世界，我们自然也需要对信息进行获取、传输和处理。用量子的方法，能把这些事情做得更好，这就是量子信息的价值。

避坑提醒：这些 “量子产品”，全是智商税！

奇妙的是，量子科技这个词还经常遭到一些“机智的”厂家滥用，他们把一些八竿子打不着的甚至纯粹是伪科学的东西称为量子科技，大收其智商税。诸如量子鞋子、量子袜子、量子保健品、量子美容品、量子护眼屏幕，甚至量子波动速读（2019年的大笑话），居然都能忽悠到不少人。

潘建伟院士讲过一个故事。他的姨妈买了一个“量子挂坠”，并跟他说：“据说利用你的这个技术可以防癌。”我想当时潘院士的内心肯定是崩溃的——这所谓量子挂坠怎么就成“我的技术”了！他只得立即辟谣：“根本没有这回事！”

2021年4月13日，我接受央视《焦点访谈》节目的采访，揭露了市面上一些“量子养生”“量子美容”产品的真实面目。但这种事真是野火烧不尽，春风吹又生，时不时还会有人来问我，这个量子产品是不是真的，那个量子产品是不是真的。我只能告诉他们，正规的量子科技指的是量子通信、量子计算、量子精密测量，不是这些的所谓量子产品，都是假的！

《焦点访谈》 20210413 别拿“量子”当幌子

总结：懂这 3 点，你就是量子科技 “明白人”

️如果你知道几乎所有的科技都属于广义的量子科技，你的知识水平就超过了90%的人。

️如果你知道现在媒体报道的量子科技一般指的是量子信息，还知道它分为量子通信、量子计算、量子精密测量这三个领域，你的知识水平就超过了99%的人。

️如果你还知道所谓量子保健品、量子美容品等都是骗人的，还能阻止别人被忽悠，你的知识水平就超过了99.9%的人。

本文摘编自《科学世界》杂志2025年第7期，文章内容略有删改。

新媒体编辑 | 周濛