20世纪80年代，在物理学与信息科学的交汇处，一门颠覆性的新学科——量子信息——悄然诞生。

这场信息领域的深刻变革，源于人类驾驭微观世界能力的两次飞跃，我们称之为 “两次量子革命” 。第一次量子革命，利用的是海量量子粒子的 “ 集体效应 ” ，它催生了晶体管与激光器，奠定了现代信息社会的基石。而我们今天所处的 “第二次量子革命” ，则标志着一次更根本的飞跃：我们不再仅仅满足于利用其整体特性，而是能够像拨动琴弦一样，主动、精确地调控单个量子（如原子、光子）的状态。这种从最基本单元构建系统的“自下而上”的全新范式，为信息技术的未来开辟了无尽的想象空间。

如今，量子信息技术的发展主要聚焦于三大前沿领域：量子计算、量子通信和量子精密测量。它们分别承诺了颠覆性的计算能力、无条件的安全通信和超越极限的测量精度。这三大支柱不仅是驱动未来社会变革的关键引擎，也成为大国科技竞争的战略制高点。

在微纳加工、超低温冷却、激光操控等一系列支撑技术的推动下，功能日益强大的人造量子系统正从实验室走向现实。一个由量子赋能的未来正向我们走来——在这里，信息无比安全，算力无比强大，我们对世界的感知也将达到前所未有的精度。这，就是量子信息为人类社会开启的全新篇章。

第一次量子革命

● 1900年：量子论提出

德国物理学家马克斯·普朗克提出能量量子化概念，自此，量子力学诞生了。

●1924年：物质波理论提出

法国物理学家路易·德布罗意提出了一个大胆的假设，即所有物质都具有波粒二象性。他认为，正如光波具有粒子性一样，电子等实物粒子也应具有波动性。这一理论为后来的波动力学奠定了基础。

● 1925年：矩阵力学的建立

1925年，德国物理学家维尔纳·海森堡与马克斯·玻恩、帕斯库尔·约尔当共同创立了矩阵力学。两年后的1927年，海森堡又提出了深刻影响了整个物理学乃至哲学的不确定性原理。

● 1926年：薛定谔方程的提出

奥地利物理学家埃尔温·薛定谔受到德布罗意物质波思想的启发，提出了著名的薛定谔方程。薛定谔方程的提出，使得对原子和分子等微观系统的研究变得更加精确和便捷。有趣的是，薛定谔本人也对他的方程所揭示的概率世界感到不安。为了揭示量子叠加态在宏观世界可能导致的荒谬，他构想了著名的“薛定谔的猫”思想实验。

● 1933年：电子显微镜问世

恩斯特·鲁斯卡受德布罗意物质波理论启发，制作出第一台穿透式电子显微镜。

● 1945年：原子弹问世

量子力学核反应理论可用于计算原子弹裂变中释放的能量，原子弹、核能出现。

● 1947年：晶体管问世

马克斯·普朗克的能带论奠定了半导体学科的理论基础，晶体管、巨磁阻等半导体材料出现。

● 1949年：原子钟问世

原子钟利用量子力学中原子的跃迁原理，是目前最精确的时间和频率标准。

● 1960年：激光问世

阿尔伯特·爱因斯坦从光量子学说出发，提出受激辐射，美国的梅曼宣布获得第一束激光。

●1986年：高温超导材料首次发现

超导是一种“宏观量子现象”，卡尔·米勒及约翰内斯·贝德诺尔茨首次发现高温超导——钡镧铜氧物。

第二次量子革命

● 2003年：“第二次量子革命”概念提出

物理学家乔纳森·道林和杰拉德·米尔伯恩首次提出“第二次量子革命”，量子通信、量子计算、量子精密测量等领域迅速发展。

● 2015年：量子纠错实现关键突破

多个国际研究团队首次在实验中成功演示了量子纠错的基本步骤，能够主动探测并修正单个量子比特上发生的“比特翻转”和“相位翻转”两种基本错误。这一里程碑式的进展证明了保护脆弱量子信息的可行性，为构建大规模容错量子计算机铺平了道路。

● 2016年：“墨子号”卫星发射

8月，“墨子号”量子卫星实现1200公里地面站间量子态远程传输，标志我国的量子通信领域研究在国际上全面领先。

● 2017年：“京沪干线”开通

9月，世界首条量子保密通信干线“京沪干线”开通，标志着中国构建出天地一体化广域量子通信网络雏形。

● 2019年：“悬铃木”发布

10月，美国的谷歌公司研制出53比特量子计算原型机，200秒即能对一个量子路线取样100万次，并宣称实现了“量子优越性”。

● 2020年：“九章”问世

12月，中国的76比特光量子计算原型机“九章”问世，求解高斯玻色取样数学问题比当时世界最快的超算“富岳”快一百万亿倍。

● 2020年：首个三节点量子网络原型建成

荷兰代尔夫特理工大学QuTech研究中心成功在三个独立的物理节点之间实现了量子纠缠的按需分发与存储。这个原型系统为构建功能性量子互联网奠定了基础，展示了连接未来远程量子处理器所必需的关键功能。

● 2021年：“祖冲之号”发布

5月，中国的62比特超导量子计算原型机“祖冲之号”实现了可编程的二维量子行走，为研制祖冲之二号、实现“量子计算优越性”奠定了基础。

● 2022年：“北极光”发布

6月，加拿大的Borealis (北极光)可编程光量子计算机成为第一台通过云向公众提供且具有量子优越性的机器。

● 2023年：“九章三号”发布

10月，中国的255光量子计算机“九章三号”求解高斯玻色取样数学问题的速度比当前最强的超级计算机“前沿”(Frontier)快一亿亿倍。

● 2024年：超冷原子量子模拟器发布

7月，合肥国家实验室/中国科大成功构建了求解费米哈伯德模型的超冷原子量子模拟器，首次展现了量子模拟在解决经典计算机无法胜任的重要科学问题上的巨大优势。

● 2024年：谷歌发布Willow量子芯片

12月，谷歌发布105比特量子芯片Willow，破解了近30年来一直在研究的量子纠错关键挑战，并在不到5分钟的时间内完成了一个当今最快超算需要“10的25次方”年才能完成的“标准基准计算”。

● 2024年：“祖冲之三号”问世

12月，中国科学技术大学发布105比特超导量子计算机“祖冲之三号”，各项性能指标与Willow达到了同一量级，表明中美当前在超导量子计算研究方面处于同一水平线。

● 2025年：中国首次实现万公里星地量子密钥分发

中科大在国际上首次实现量子微纳卫星与小型化、可移动地面站之间的实时星地量子密钥分发。

● 2030年：“Q-DAY”即将来临

云安全联盟(CSA)将2030年0点0分作为Q-DAY的有效日期。届时，我们的安全将会受到量子计算的威胁。

文章来源：量子趣谈