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10月28日，中央人民政府公布了“中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议”。作为“十五五”规划的重要风向标，强调了要“建设现代化产业体系，巩固壮大实体经济根基”，具体内容包括培育壮大新型产业和未来产业。而在对未来产业的布局中，中央格外强调了推动量子科技成为新的经济增长点。量子科技，这样一个如今风靡于网络、被各大营销号吹捧的技术，究竟为何物？

何为量子

“量子”是量子力学的核心概念，它指的是在微观世界中，能量、动量、角动量等物理量存在的最小的、不连续的单元。可以说，量子是描述微观物质世界行为的基本单元和规则。因此，在人类科学研究愈加深入、科技发展更加先进的今天，除了对于量子的基础研究，对于量子相关科技的研究被推上了风口浪尖。

量子科技主要分为三大核心领域：量子计算、量子通信和量子精密测量。

量子计算

首先我们需要引入一个概念“量子比特”。量子比特本身不是一种全新的“物质”，它建构于具体的物理系统（如电子、原子核、离子和光子等）上，是能够被精确操控和编码的、特定物质系统的一种量子状态。

“量子比特”具有量子叠加和量子纠缠的特性，应用于量子计算当中，可以使得计算机能够同时处理2ⁿ个状态（其中n为量子比特数），从而实现指数级加速的并行运算，这将会解决经典计算机无法处理的特定复杂问题。

目前量子计算领域处于原型机研发阶段，主要的技术路线包括超导、光量子和离子阱。中国自主研发制造的量子计算机包括“九章”系列光量子计算机和“祖冲之”系列超导量子计算机，它们使得中国成为目前唯一在两种物理体系上实现“量子计算优越性”的国家。

以光量子计算机为例，一个简化版光量子计算流程包括以下关键步骤：

1. 制备：利用激光泵浦等方式，制备出处于特定叠加或纠缠态的量子光源（例如，产生纠缠光子对）。
2. 门操作： 将这些光子输入到一个复杂的光路网络（由分束器、波导、相位调制器等组成）中。光子在网络中的干涉过程，即是执行量子逻辑门的过程。
3. 测量： 在光路的输出端，使用单光子探测器测量光子最终的位置、数量和状态。由于量子计算的结果是概率性的，需要多次测量来统计结果。

当下，量子计算领域面对的挑战为容错通用量子计算机（FTQC）的实现，其根源在于量子计算过程中，量子比特数量少、相干时间短、错误率高，以及量子纠错和容错技术难度大。

量子通信

量子通信的关键在于利用量子力学原理（如不确定性原理）保证信息传输的绝对安全，可广泛应用于国防、政务、金融、电力等对保密性要求极高的专网通信之中。

目前量子通信率先进入产业化初期，量子密钥分发（QKD）已有相对成熟的商业应用。中国建成以“墨子号”卫星为核心的全球首个空地一体广域量子通信网络，实现长距离安全通信，并在政务、金融等领域落地应用。但其尚未实现真正的规模化应用。需要进一步推进与经典网络的无缝衔接，并积极研究抗量子密码（PQC）体系。

量子精密测量

量子精密测量能够突破经典测量的极限（即标准量子极限, SQL），达到海森堡极限（HL）。这主要是因为它利用了几个核心的量子特性。

量子系统能够长时间保持其相位的精确关系，即量子相干性。任何外部物理量（如磁场、重力、时间）的微小变化，都会导致量子态的相位发生一个微小的漂移。通过这种性质，测量设备只需等待足够长的时间，让外部微小扰动积累成一个可观的、可测量的相位差，从而实现了超高灵敏度。

在经典测量中，测量精度受限于粒子数，这是因为经典粒子是独立且随机的（即散粒噪声）。根据量子纠缠特性，如果多个粒子处于纠缠态，它们的涨落就不再是独立的，而是高度关联的。这使得测量精度可以达到海森堡极限。

量子精密测量目前处于处于场景化验证阶段。技术路线多样化（如量子陀螺仪、原子钟、量子磁力计），不同传感器成熟度不一。有望为高端制造和科研提供革命性工具，应用前景广阔。但其技术分散，尚未形成统一的商业化标准。如何将实验室成果转化为可大规模部署、易于维护的工程化产品仍是挑战。

量子科技与激光

通过前面的介绍中我们可以知晓，量子科技的实现离不开量子层面的操作。而量子态的产生需要精确而稳定的能量，单个量子点的寻址与操控需要能量有着精准的方向，控制量子演化更需要精确的时间控制，这使得激光成为量子科技实现与应用的最核心、最精准的工具之一。

激光具有极高的单色性（频率精度）、极高的空间相干性（方向性）和精确的时间控制（超快脉冲）。以下为激光在量子科技中的实际应用：

离子阱和中性原子量子计算：

• 冷却与囚禁： 利用激光冷却技术（如多普勒冷却），将原子或离子冷却到接近绝对零度的超低温，使其静止在空间中，形成稳定的量子比特。
• 量子门操作： 使用多束精密激光脉冲，通过特定的拉曼（Raman）过程或受激发射过程，精确地操控离子的内部能级，实现量子比特的初始化、单比特和多比特量子门操作。

固态量子计算（如NV色心）：

• 初始化与读出： 利用特定波长的激光来初始化（准备）量子比特的特定自旋状态，并利用激光激发后的荧光信号来读出其最终状态。

量子通信：

• 光子源： 无论是量子密钥分发（QKD）还是量子隐形传态，都需要单光子源或纠缠光子源。这些光子通常是通过激光泵浦非线性晶体（产生纠缠光子）或弱衰减激光（模拟单光子）来获得的。
• 自由空间传输： 在星地一体的量子通信中，例如“墨子号”卫星与地面站之间的通信，需要高功率、高指向性的激光器来确保光子的精确发射和接收。
• 经典辅助： 在实际的量子通信系统中，往往还需要使用经典的激光作为定轨、对准或同步的参考光束。

量子精密测量：

• 原子钟（时间测量）： 光晶格原子钟是目前精度最高的时钟。它利用多束激光来将原子囚禁在光晶格中，并使用频率高度稳定的超稳激光来探测原子间的量子跃迁频率，从而定义和测量时间，其精度可以达到10^-18量级。
• 量子磁力计/重力计： 这些量子传感器通常需要激光来制备和操控原子或蒸气中的量子态（例如，光泵浦），以实现对外界微弱磁场或重力变化的超灵敏探测。

当前激光的战略地位空前提升。在量子计算、量子精密测量等领域，激光器的性能直接决定了量子系统的保真度和相干时间。它已成为中国及全球各国发展量子科技的关键技术瓶颈之一。其次，随着量子计算机和量子传感器走向商业化，将形成对高品质、高集成度、高稳定度量子专用激光器的巨大市场需求。

量子科技对激光的要求是极端且矛盾的：它既要求性能达到极限，又要求体积和成本大幅下降。
在性能方面，量子操控要求激光的频率必须与原子或离子的能级跃迁频率精确匹配。这意味着激光的线宽需要达到赫兹（Hz）甚至毫赫兹（mHz）级别，即具有超窄线宽与频率稳定性，而传统工业激光通常在MHz级别。
在应用方面，需要将高性能的量子级激光器集成到厘米级或毫米级的芯片上，同时在非理想的实验室环境（例如，户外、工业现场）中稳定运行，要求激光器具备极高的抗震性、温度稳定性和免维护性。
在制造方面，由于量子计算和传感所需的波长往往不是通信或工业上常用的标准波长，导致相关核心光电器件的供应链不成熟，研发难度和成本更高。

未来，激光技术在量子科技背景下的发展将聚焦于以下方向：

1. 光子集成与片上激光器：
   将复杂的光路、激光源和稳频元件集成到光子芯片上，制造出体积小、功耗低、成本低的片上（On-chip）量子激光器。
2. 超稳高性能光源
   重点发展光纤激光器、外腔半导体激光器（ECL）和分布式反馈（DFB）激光器，并结合主动稳频技术，将线宽推向更小的极限。
3. 量子频率梳技术
   利用频率梳同时提供大量间隔精确的激光频率，可以用于同时操控多个量子比特（多通道控制）或为量子系统的时钟提供高精度参考。
4. 模块化与交钥匙系统
   开发高度自动化、用户友好的激光系统，使得非专业用户也能方便地操作复杂的量子设备，加速量子科技走出实验室。

时间匆匆，上次落笔还是初秋，如今已金秋过半，即将步入冬季。每年的最后一个季节其实本身很矛盾，它有着令人望而却步的寒冷，却在万物凋零中绽放出别样的风采——寒霜、茫雾和白雪皑皑。我厌恶冬天在展现自己风华前一定要摧毁一切的行径，或许这也是在冬季降临之时，我以及大多数朋友们对室内活动的需求逐渐增长的原因。

平时工作生活忙碌，自己的世界也狭窄了不少，到了周末就自然地想要放宽心灵。此时，室内的文娱活动便映入眼帘。如果说，啤酒和户外音乐节是夏天的主旋律；那么，爵士酒吧的小酌与室内音乐会就是冬天的主题曲。当然，温暖的家也是一个很美好的地点，具体的形式不重要，关键在于为自己收拾好迎接冬季的心情，因为季节的变换往往意味着生活节奏与方式也需随之转变。

冬季的色彩是单调而平淡的，过于华彩的旋律、故事很难融于其中。它是古典、爵士与独立音乐的主场，也是文艺片、爱情片的主场。笔者最近倾心于巴赫的古典作品以及Miles Davis的爵士作品，更有每个冬季必定重温的影片《情书（1995）》。诚然，每次我谈起文娱活动，很容易忽略阅读这件事。在快节奏的时代下，这种需要沉下气的活动很难成为我的优先选项。或许冬季的到来正是一个改变自己的好时机，每天晚上给自己一点时间打开心灵，慢下来感受另一个世界的智慧。

万物在冬季沉潜蓄势，以待春季释放，人也一样。在早晨于窗前煮一壶咖啡，或是夜晚在暖卧旁消遣，静静聆听雪落下的声音，感受思绪如潮汹涌，这是独属于冬天的浪漫。

秋雨连绵，天气转凉，又到了层层衣服叠成圆滚滚的时节。寒风瑟瑟抵挡不了人们爱美的热情，大衣、围巾和帽子展现着这个季节的时尚。

无论是为讨自己欢心，还是为吸引他人注意，打理自己都是一件重要的事情。一整套考究的穿搭或许需要花费不少心思，但对于追求实用与简约的大多数人来说，稍微准备一点小小的特别装饰就可以极大地提升观感，在秋冬街道上统一的灰白色调中增添一抹亮色。

秋季风寒雾冷，昼夜温差较大，爱美虽好，但也要记得增添衣物。

双休到来，对于笔者来说，是开学以来的第一个常态周末。休息日最适合去探索平日不大留意的地方，比如住所周边的角落，或是一些户外场所、文化场馆，做一些平时沉不下心做的事情，就像看完一整部电影和动漫，欣赏完整的一张专辑，丰富一下单调的生活，感受灵魂上不一样的触动。

笔者打算周末去参观一下博物馆，感受一下对历史宏大的敬畏感。近几十年的心理学，已经开始意识到「敬畏」这种情感在日常生活中的作用，并把它列为最重要的几种高级情感之一，跟爱、感恩、道德感等并列。什么是敬畏呢？简而言之就是，体验到一种比个体更宏大、更广阔的的事物，意识到个体在其面前的渺小，需要重新调整框架以适应它。许多研究发现，体验到敬畏感，能够让一个人变得更平静，更从容，更谦和，对生活会有更高的感恩和满意度，面对压力时也能更加心平气和。（摘自微信公众号“L先生说”）

秋天的休息日，你们喜欢做什么呢？欢迎与笔者分享。