科学报国正当时｜名字玄、门槛高？看量子信息科学如何重塑未来

编者按：党的二十届三中全会强调，教育、科技、人才是中国式现代化的基础性、战略性支撑。实现高水平科技自立自强，归根结底要靠高水平创新人才。中国科协科普部联合光明网推出“科学报国正当时”栏目，解读高校科技类学科设置、人才培养模式，引导广大青少年把个人理想追求融入国家发展伟业，赓续科学报国传统，筑牢科技创新的根基和底座。#千万IP创科普

作为服务国家重大战略的重点学科方向之一，2020年“量子信息科学”被首次列入本科专业目录。今年政府工作报告两度“点名”量子科技，并明确要“培育生物制造、量子科技、具身智能、6G等未来产业。”当前，量子信息科学迎来了前所未有的发展机遇，已从“前瞻布局”转向“核心培育”。量子信息科学究竟是什么？它能否改变未来世界？本期《科学报国正当时》栏目带您一探究竟。

“量子信息科学是一门涉及量子力学与信息学的前沿交叉新兴学科，简单来讲，就是利用量子特有的性质，像量子叠加、量子纠缠这些神奇现象，来处理、传输和存储信息，解决传统信息学无法解决的问题。”广东工业大学物理与光电工程学院校聘副教授胡骁龙介绍，该专业一般包括量子通信、量子计算、量子精密测量三个方向，分别能实现无条件安全的信息传输、快速并行计算、对物理量的精密测量。

很多人认为量子信息离我们的生活还很遥远，实则它已在身边出现。比如“墨子号”科学卫星，实现了量子纠缠分发和量子密钥分发实验，代表着可用卫星进行量子通信；“京沪干线”城际量子通信网络，作为已落地的量子通信应用，为北京、上海及沿线大城市中对保密需求较高的单位提供量子通信服务。

在量子计算方面，近年来，我国同样取得了丰硕成果，“九章”系列和“祖冲之”系列量子计算机在特定的问题求解上，表现出超越经典计算机的能力。

“世界不会因为量子信息科学而完全改变，但可以改变一点。”胡骁龙表示，量子信息科学和经典计算的侧重点不同，它属于交叉学科，学习的关键是打好物理基础。低年级时，学生要学习普通物理和“四大力学”等课程，与正常物理学专业内容基本一致。在此基础上，还会学习量子信息基础、信息论基础等课程。只有学完这些，学生才能大致了解量子信息的基本理论框架。

“之后有两个学习方向，一个是前沿理论课程，如现代原子、分子理论、凝聚态基础等，对升学帮助很大；另一个是光电类课程，如激光原理、光纤通信系统等，能帮助学生更好地适应具体工作岗位。”胡骁龙说

“它培养的是能在量子信息科学领域从事研究、开发、应用等工作的高级专门人才。”在胡骁龙看来，拥有扎实的物理和数学基础，对量子信息科学感兴趣的学生都可以报考。

如今，量子科技已经成为世界争先研发的热点，而神秘的量子世界也深深吸引着胡骁龙。“在量子世界里面，一个量子比特它既可以是0也可以是1，或者同时既是0又是1。你可以通过某些操作让它某些时刻表现成0，某些时刻表现成1，我觉得这太神奇了。”

胡骁龙选择从事量子密钥分发的理论研究。2018年，他所在的课题组提出“发或不发”量子密钥分发协议，解决了远距离高效安全通信的难题，并通过多年与中科大合作实验，实现了超过1000公里的量子密钥分发通信，至今仍保持世界第一的通信距离。

胡骁龙表示，科学研究很难一下子就找到最后的正确答案，都是靠一步一步踏踏实实积累，不断试错，在迷茫中找方向。而量子信息科学正是通过一个个“改变一点”的突破，累积成未来的巨大变革。

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