成为诺奖“新宠”的量子纠缠，能否颠覆下一代工业革命？

　　近期，量子纠缠理论获得2022年诺贝尔物理学奖的新闻铺天盖地，相比于以往的诺贝尔物理奖而言，覆盖面更为广泛。要知道量子领域已经从专业领域逐渐演变成当今社会各界最为热门的调侃领域之一，因为“遇事不决，量子力学”的网络梗已经深入人心。

　　当然，本次诺贝尔物理学奖颁给量子纠缠的科学贡献其实也是众望所归。从量子通信、量子计算等应用领域的发展来看，量子纠缠也为这些应用做好了坚实的理论铺垫。

　　首先，我们还是来简单普及一下本次获奖的重磅核心，即“鬼魅般的超距作用”。

　　也就是说在微观世界中(注意这里指的是微观世界)，有共同来源的两个微观粒子之间存在纠缠关系，这两个纠缠在一起的粒子如同有心电感应一般，不论距离多远，几万公里或者几光年，只要当其中一个粒子的状态发生变化时，另一个人的状态也会瞬时跟着发生同样的变化，也可以成为“超距作用”。

　　此次获得诺贝尔物理学奖的三位物理学家就是通过实验验证了这一理论。不过，诺贝尔奖一直以来都是偏向理论，但是由量子纠缠效应关联出的应用技术也早已实现了相关应用。

　　首先就是量子通信，量子通信正是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式。利用镜像对称性原理，把合成的两个粒子人为的分开，并分发到两地，然后通过改变一个粒子的运动状态实现另一个粒子的瞬时改变，这种方式其实就是一对一的实现强加密通信。

　　其实从目前的工业、物联网等产业的通讯技术角度来看，几乎都是光子类通讯，技术也相当成熟，无论是4G还是5G，这类的通信方式存在着容易破密的风险，保密性不高。正是针对这一痛点，量子通讯从理论上来说，无法破译，具有一对一的高级保密性。

　　这里需要重点指出的是，量子通信并不是替代传统的有线和无线通信方式，因为量子通信并不能携带信息，所以量子通信主要是加密以及密钥的传送方式，传递生产、设备等信息的具体通信方式仍然目前的5G和有线等通信方式。

　　2022年1月，中国创建了世界上第一个集成的光纤和卫星量子通信网络：它跨越4600多公里，并集成了地面光纤网络和“墨子号”卫星，能够为全国150多个行业用户提供服务，包括地方银行、市政电网和政府网站。

　　前不久的5月6日，中国科学技术大学利用“墨子号”量子科学实验卫星，首次实现了地球上相距1200公里两个地面站之间的量子态远程传输，这一实现成功也是向构建让全球通信产业向量子信息处理和量子通信网络迈出重要一步。

　　当然，说到通信产业，必然是离不开应用场景。前面我们提到，国内的量子通信技术已经应用于银行、电网和政府网站等场景中，以电网为例，目前的电力系统涉及发、变、输、配、用等多个流程，对安全、稳定、可靠方面有较高的要求，结合当下国内大力推动智能电网建设和输配电改革的趋势，量子通信对于电力系统安全稳定可靠运行可以发挥强大的安全作用。

　　除此之外，在云存储、数据中心、传感网和云计算等领域，量子通信的前景依旧可观。此前，中国科学技术部副部长黄卫表示，包括量子通信在内的量子力学技术，将很有可能成为颠覆目前的工业互联网的技术之一，他认为，2G、3G、5G就差一个数字，但其实在很多问题上是颠覆性的，量子通信和量子计算能够实现工业互联网目前所不能的解决事情。

　　说完量子通信，量子计算也是量子纠缠效应衍生出的一个十分重要的应用。无论是市面上计算机的理论极限还是从云计算算力的瓶颈来看，这其中存在着物理学导致的硬件和算法的软件局限。这也就导致目前除了云计算市场外，边缘计算的市场也在逐步扩大，但是边缘计算硬件铺设和算法依然存在极限值，所以量子计算对于运算量庞大的应用有着良好的破解能力。

　　从理论上简单来讲，量子计算机的计算能力会比传统计算机快亿万倍。我们都知道，传统计算机的基础算法是0或1.但是由于量子计算机的叠加态和纠缠态的特性，它则可以实现“既是1又是0”，可以实现指数级别递增的运算强度。

　　总的来说，对于工业企业来说，越来越多的设备上云，大量复杂算法、数据的堆积以及通信技术的铺设，对算力和安全性的需求不言而喻。

　　经过本次诺奖，我们相信量子技术离产业化也将更近了一步。10月9日，IBM宣布将在未来10年投资量子计算等技术200亿美元，聚焦于半导体技术、大型计算机、量子计算机和人工智能方面的突破。

　　量子技术作为需要未雨绸缪的关键领域，在国内“十四五”规划(2021-25年)中列出的优先技术中，量子信息也高居第二，仅次于AI。另外，深圳在今年6月发布了一项技术政策，称量子技术是四个“未来产业”之一。

　　然而，目前量子技术在各大领域的应用道阻且艰。此前，一位国内匿名的量子科学家说，在过去几年中，有很多地方机构和行业巨头希望他将研究成果转化为产品，但是他认为目前量子信息应该继续在实验室进行技术完善，从成本和技术生态来说仍然有很长的路要走。

　　长期来看，量子技术有望带领相关通信行业颠覆性发展，但在初期阶段，量子信息更需要的是技术突破，需要在技术突破的基础上进行业务探索。在信息应用活跃、产业链上下游完善后，量子技术作为重要的基础设施建设或将成为第四次工业革命的源头。