近年，“量子”“量子熱學(xué)”這些名詞的熱度不斷攀升，與之相關(guān)的量子科技也得到了世界各國的廣泛關(guān)注，美國各界尤其是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)界正在不斷加強量子科技方面的研究力度。一時間，量子科技這一前沿技術(shù)如洪災(zāi)通常快速發(fā)展，而且成為推進數(shù)字時代產(chǎn)業(yè)革新、計算結(jié)構(gòu)升級以及經(jīng)濟快速高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎，量子科技領(lǐng)域研制風(fēng)潮不斷飆升。
追本探源——量子科技由何而至
不同于第一代量子科技，現(xiàn)在的量子科技是一門綜合性很強的交叉學(xué)科，其從量子化學(xué)基本原理——量子熱學(xué)出發(fā)，借助量子相干特點，以探求用于估算、編碼和信息傳輸?shù)娜滦问健?span style="display:none">v2y物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
為了理解量子科技，我們必需要先厘清楚量子科技的基礎(chǔ)——量子熱學(xué)。量子熱學(xué)是研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)學(xué)，主要研究原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)等。自其完善以來，量子熱學(xué)便成為整個微觀數(shù)學(xué)學(xué)的理論框架，幫助人們更好地認識宇宙的本源、物質(zhì)的本質(zhì)以及事物的發(fā)展規(guī)律。
量子科技便是以量子熱學(xué)為理論基礎(chǔ)的新興前沿技術(shù)，科學(xué)家們借助量子本身的特點，操控量子的存在狀態(tài)，研制出如量子估算、量子通訊、量子貨幣等一系列技術(shù)應(yīng)用，極大地改變了人們的日常生活，量子科技成為新時代福音。
作為量子熱學(xué)的理論基礎(chǔ)，知名的海森堡不確定性原理表明：對微觀粒子未能同時精確地檢測其位置和速率。而海森堡提出的微觀世界量子化學(xué)學(xué)和傳統(tǒng)數(shù)學(xué)學(xué)的區(qū)別促使愛因斯坦提出了“上帝不擲色子”的知名論斷，喻示著量子熱學(xué)發(fā)展的曲折。
1935年多位科學(xué)家一起提出的“量子糾纏”概念更是進一步旁證了微觀粒子在系統(tǒng)中互相作用、相互影響，而不能單獨觀測的相干特點。
隨著時間的推移，休·埃弗雷特于20世紀中葉又提出了多元世界理論，這些理論強調(diào)只要某一物體存在于一種特定狀態(tài)下，該對象所處的世界才能轉(zhuǎn)化為與它可能存在的狀態(tài)數(shù)相等的一系列平行世界，其中每一個平行世界就會包含該物體的一個獨一無二的狀態(tài)。這一解釋加深了理論化學(xué)學(xué)和量子化學(xué)學(xué)之間的聯(lián)系。
▲休·埃弗雷特于20世紀中葉提出了多元世界理論
現(xiàn)在，量子理論方面的研究仍在繼續(xù)推動，其中部份理論早已進行了實驗論證，但是被廣泛用于現(xiàn)實生活中。量子理論的階段性研究推動了現(xiàn)代量子科技的發(fā)展，同時也為日后的技術(shù)研制奠定了理論基礎(chǔ)。
百舸爭流——大國博弈日趨激烈
隨著各國不斷加強對量子科技方面的資金投入和新政支持，并將“瞄準量子科技，建設(shè)技術(shù)高地”列入本國的發(fā)展戰(zhàn)略，量子科技便開始以“星火燎原”之勢對社會結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟發(fā)展導(dǎo)致顛覆性影響。
量子科技方面的競技也早已上升到了國家層面，越來越多的國家競相制定量子科技發(fā)展戰(zhàn)略和專向計劃，世界即將步入全面推進量子科技發(fā)展的戰(zhàn)略競爭時代，量子科技方面的大國博弈日趨白熱化，各大國及各組織都制訂了相應(yīng)的量子科技發(fā)展戰(zhàn)略，在適應(yīng)本國國家發(fā)展戰(zhàn)略的同時又提出了一些創(chuàng)新型計劃。
目前，加拿大在能源行業(yè)加強量子估算的融合創(chuàng)新量子物理就業(yè)前景如何，創(chuàng)立了首個能源行業(yè)量子估算聯(lián)盟——量子未來電力系統(tǒng)升級計劃，借以“結(jié)合量子信息和量子估算的力量，專注開發(fā)新的量子模型、方法和算法”。
為保證數(shù)據(jù)安全傳輸，歐共體各成員國加強量子加密通訊方面的研究力度，并成功構(gòu)建量子通訊基礎(chǔ)設(shè)施，共同進行量子保密通訊管理，因而確保敏感信息和數(shù)據(jù)的絕對安全。臺灣在量子保密通訊科研方面投入力度巨大，與法國聯(lián)合構(gòu)建東京量子保密通訊試驗床網(wǎng)路并持續(xù)舉辦現(xiàn)網(wǎng)實驗。
據(jù)悉，量子計算機的研制和量子算法的提出也對世界形成了極大影響。相較于往年的計算機，量子計算機的運算速率更快。日本的超級計算機“頂點”，其運算峰值可達每秒20億億次。據(jù)恐怕，“頂點”運算一萬年能夠解決的問題，53個比特的量子計算機僅需200秒便可解決，極大地提高了算力。
據(jù)悉，量子計算機的初始化能力、可控能力、擴展能力、穩(wěn)定能力和被檢測能力更強，更能滿足人們的日常生活須要。量子算法的提出則使實現(xiàn)人工智能算法成為了可能。
現(xiàn)現(xiàn)在，機器自主學(xué)習(xí)算法幫助處理數(shù)據(jù)、進行檢測已是常事，但在面對海量數(shù)據(jù)時，精典算法的估算能力不能滿足生產(chǎn)生活須要，而量子算法強悍的并行估算能力則解決了這一困局。
量子科技帶來的技術(shù)紅利和科技先進性為許多國家?guī)砹素敻恍б婧瓦M行科技創(chuàng)新的機會，量子科技絕佳的發(fā)展前景造成量子科技領(lǐng)域“你追我趕”的現(xiàn)象愈演愈烈。歐共體作為亞洲地區(qū)的重要組織之一，牽頭制訂了一系列量子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。
2020年3月3日，量子旗艦計劃成員向法國委員會遞交了一份戰(zhàn)略研究議題文件（SRA），該文件圍繞量子通訊、量子估算、量子模擬、量子傳感器和計量等4個主要應(yīng)用領(lǐng)域提出了未來短期、中期、長期的發(fā)展計劃和預(yù)期成果，致力推動量子旗艦計劃在量子技術(shù)、創(chuàng)新和發(fā)展等各個方面的研究量子物理就業(yè)前景如何，并不斷減短和其他國家的發(fā)展差別。
據(jù)此，各國政府對“快速發(fā)展量子科技、搶占技術(shù)制高點”戰(zhàn)略的注重程度可見一斑，但是隨著不斷擴寬技術(shù)領(lǐng)域、加大理論研究力度，量子科技的應(yīng)用范圍勢必會顯得更廣，其發(fā)展?jié)摿Σ蝗葺p視。
▲量子旗艦計劃成員向法國委員會遞交的戰(zhàn)略研究議題文件
困難重重——研發(fā)計劃遭到困局
數(shù)字時代下，量子科技為世界帶來了許多機遇。我們早已經(jīng)歷了兩次量子革命帶來的深刻改革，兩次改革所帶來的經(jīng)濟紅利讓我們清楚地認識到量子科技蘊藏著極其巨大的能量，它除了是推進數(shù)字經(jīng)濟快速發(fā)展的核心力量，同時也是推動信息領(lǐng)域變化擴大的關(guān)鍵技術(shù)。
在認清量子信息技術(shù)發(fā)展對信息安全和估算通訊等方面形成巨大沖擊的同時，我們也要認清其快速發(fā)展背后所面臨的困境。
隨著量子領(lǐng)域的相關(guān)研究不斷深入推動，各個組織對高質(zhì)量人才的需求量也在以指數(shù)方式逐年暴增，量子領(lǐng)域的研制計劃迎來了困局期。
2019年，美國啟動《國家量子技術(shù)計劃》的第二階段。在此之前，德國量子技術(shù)戰(zhàn)略咨詢委員會曾發(fā)布一篇名為《國家量子技術(shù)戰(zhàn)略》的量子科技戰(zhàn)略路線圖。
在該戰(zhàn)略中，美國計劃10年內(nèi)完成低成本的氣復(fù)檢測及非破壞性的生物顯微鏡的開發(fā)；5～10年內(nèi)，完成抗干擾GPS精度級水下導(dǎo)航，實現(xiàn)環(huán)境檢測、地震預(yù)測、民用工程地下設(shè)施及廢棄物偵測等應(yīng)用；20～30年內(nèi)，開發(fā)出解決復(fù)雜問題的個人量子估算系統(tǒng)和高性能、低幀率量子化協(xié)處理器。
其實，儲備高精尖技術(shù)人才是完成那些目標的一大關(guān)鍵誘因，美國勢必會在很長一段時間內(nèi)就會非常須要高質(zhì)量人才的技術(shù)支持。
其實，人才過剩并不是只有俄羅斯才能面臨的問題，其他組織和團隊同樣也有著極大的人才需求，各個領(lǐng)域的人才過剩現(xiàn)象已成為一個全球性困局，究其緣由是人才儲備方面出現(xiàn)以下幾點問題。
一是人才選拔限制了人才培養(yǎng)和發(fā)展，造成人才培養(yǎng)類型單一。例如，一些企業(yè)或團體對某類人才有超高需求，應(yīng)聘者為攫取就業(yè)崗位，常會對照該企業(yè)的需求而發(fā)展自身能力，限制了其他能力的培養(yǎng)。
二是人才培養(yǎng)各領(lǐng)域之間聯(lián)系不強，無法達到量子科技對多領(lǐng)域技術(shù)人才的需求。現(xiàn)現(xiàn)在，單一領(lǐng)域的高質(zhì)量人才儲備仍舊充足，而且量子科技作為一個學(xué)科綜合性極強的行業(yè)，涉及物理、物理、計算機科學(xué)、工程設(shè)計等多個學(xué)科，因而其對人才的知識水平有著很高要求。
三是人才質(zhì)量不高，專業(yè)性、技能性人才嚴重過剩。人才質(zhì)量的高低關(guān)乎著量子科技能夠順利研制、應(yīng)用、普及，關(guān)乎著能夠產(chǎn)生有機整體，推動進行頂樓設(shè)計等幾個關(guān)鍵戰(zhàn)略發(fā)展方向。
為此，怎么推動建設(shè)人才補給鏈是當(dāng)下各國發(fā)展戰(zhàn)略中必需要思索的一大問題。
面對無法橫貫的人才斷崖，各國首先要做的就是盡早強化高等高校在量子科技方面的教育，努力培養(yǎng)綜合性強的高檔技術(shù)人才，做好人才儲備因而應(yīng)對未來的研制建設(shè)須要。
量子科技作為一個新興領(lǐng)域，許多方面的研究近乎為零，因而須要大量的資金投入以保證順利展開對該領(lǐng)域的探求、充足的人才供給以作為持續(xù)研究相關(guān)技術(shù)的堅實基礎(chǔ)、精密的設(shè)備場所以創(chuàng)造穩(wěn)定觀察實驗結(jié)果的環(huán)境。
量子科技領(lǐng)域的研制是一個漫長的過程，其在研制資金和科學(xué)團隊方面的消耗與需求不容輕視，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)覺，目前各國在量子領(lǐng)域的經(jīng)費投入巨大，而且會出現(xiàn)資金投入不足的現(xiàn)象。
2013年，美國財政重臣發(fā)起了俄羅斯國家量子技術(shù)計劃。此后西班牙在其研究第一階段投資2.7億美元，并預(yù)計在未來六年再投資10億歐元。2018年12月12日，日本首相宣布計劃在未來六年內(nèi)耗資12.75億歐元用于量子科技研究。
2020年6月，日本將量子科技研制資金增至20億美元。龐大的資金需求是舉辦量子科技研究的一大挑戰(zhàn)。
▲IBM美國團隊裝配量子處理
據(jù)悉，實驗設(shè)備、研發(fā)環(huán)境、科學(xué)團隊等各種資源過分分散也是無法展開對量子領(lǐng)域研制探求的一大誘因。為此，加強研制資金投入、加快聯(lián)合現(xiàn)有資源、加緊進行相關(guān)設(shè)施建設(shè)是去除量子科技發(fā)展困局的關(guān)鍵措施，各國應(yīng)當(dāng)做好“硬件”保障，進而確保順利展開研究。
量子信息技術(shù)作為典型的交叉學(xué)科，許多學(xué)科之間互相交叉、融合、滲透，涉及到的知識領(lǐng)域相當(dāng)龐雜，所須要的技術(shù)能力也非常專業(yè)。在探求這樣一門學(xué)科時，單體的研制力量變得非常弱小，很難對多個領(lǐng)域同時展開研究探求，而且很難有階段性成果。為此，合作便成為了突破量子技術(shù)研究難關(guān)的一大關(guān)鍵誘因。
但現(xiàn)在，各國組織和研制機構(gòu)之間的合作交流非常有限，無法做到技術(shù)互通、資源共享、共同研究等。究其緣由，一方面是各國之間存在壁壘，不能互通技術(shù)；另一方面是沒有可以進行國際交流合作的平臺；總之是沒有制訂相關(guān)制度以提高各國之間技術(shù)聯(lián)系。
因此，為了推動深化量子領(lǐng)域研究探求，填補技術(shù)弱項，強化國際合作、構(gòu)建學(xué)術(shù)交流平臺、交流溝通科研布局是十分有必要的。
▲人才過剩是量子技術(shù)研制的一大困局
盡管目前量子領(lǐng)域研制面臨許多困局，但最主要的困難仍是人才過剩這一關(guān)鍵要素，沒有高精尖技術(shù)人才這一強悍支撐，任何研究都只是不切實際的空談。