量子纠缠：下一个科技风口？

量子纠缠：下一个科技风口？

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中国科技网

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来源

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2025年伊始，英国杜伦大学的研究团队宣布了一项重大突破：他们首次利用精确控制的光学陷阱——"魔法波长光镊"，创造了一个高度稳定的环境，成功实现了分子间的长时间量子纠缠。这一突破不仅为研究量子计算和精密传感开辟了新途径，也标志着量子技术正从理论走向实践，展现出巨大的应用潜力。

量子纠缠是量子力学中一种神奇的现象，当两个粒子相互纠缠时，无论它们相距多远，一个粒子的状态变化会瞬间影响到另一个粒子。这种超越经典物理学的现象，正是量子计算实现强大计算能力的关键所在。

在量子计算中，量子比特（qubit）通过量子纠缠实现信息的传递和处理。与传统计算机的二进制比特不同，量子比特可以同时处于多个状态，这种叠加态使得量子计算机在处理某些特定问题时，能够实现指数级的加速。例如，谷歌的最新量子芯片"Willow"在随机线路采样测试中，仅用5分钟就完成了传统超级计算机需要10^25年才能完成的任务。

面对量子计算的巨大潜力，科技巨头们纷纷布局。谷歌宣布计划在五年内推出商业化量子计算应用，涵盖材料科学、能源和新药研发等领域。而英伟达创始人黄仁勋则持谨慎态度，认为量子计算的实际应用至少还需要20年时间。

谷歌的底气来自于其在量子计算领域的持续突破。最新发布的Willow芯片不仅继承了Sycamore芯片的优点，更实现了T1时间（量子比特保持激发状态的时间）从20微秒提升到100微秒的重大突破，错误率也降低了两倍。这些技术进步为量子计算的商业化应用奠定了坚实基础。

量子计算的商业化应用前景广阔。在材料科学领域，量子计算可以模拟材料的相变行为，开发新型材料或优化现有材料性能。在新药研发方面，量子计算能够加速药物分子的筛选和优化过程，将传统计算机需要数年才能完成的复杂分子模拟缩短至几天甚至几小时。此外，量子计算在能源领域的应用也备受期待，通过模拟新型能源材料的量子行为，可以开发出更高效的太阳能电池和储能系统。

量子计算的商业化进程正在加速，市场前景十分广阔。据Fortune Business Insights预测，全球量子计算市场规模将从2024年的11.601亿美元增长到2032年的126.207亿美元，复合年增长率高达34.8%。

各国政府和企业纷纷加大在量子技术领域的投资力度。例如，英国政府投资4500万英镑用于量子计算机研发，中国在2023年底成功研发"九章三号"量子计算机，实现100个量子比特的纠缠态制备。这些投资和研发成果表明，量子计算正从实验室走向产业化。

量子技术已成为全球科技竞争的制高点。美国通过《国家量子计划法案》和《芯片与科学法案》等政策，为量子信息科学研究提供了大量资金支持。中国也在积极推进量子科技发展，2023年底成功研发"九章三号"量子计算机，实现100个量子比特的纠缠态制备。

然而，量子计算的商业化仍面临诸多挑战。量子比特的状态容易受到外界环境的干扰，导致计算错误，这使得量子计算的精准控制和稳定性难以实现。此外，量子计算的商业化还需要解决成本、能耗和规模化等问题。尽管如此，随着技术的不断进步，这些挑战有望逐步被克服。

量子纠缠和量子计算正站在科技革命的前沿，展现出巨大的发展潜力。从材料科学到新药研发，从能源探索到精密测量，量子技术的应用前景令人期待。虽然商业化道路上仍面临诸多挑战，但随着技术的不断进步和政策的持续支持，量子计算有望在不久的将来实现突破性进展，为人类社会带来深远影响。