量子狂潮来袭，如何看待真实的“量子世界”？

2月16日，保罗•路德和伊万杰琳•莉莉在英国伦敦参加漫威电影《蚁人与黄蜂女：量子狂潮》（Ant-Man and the Wasp: Quantumania）的首映礼。摄影：GARETH CATTERMOLE——盖蒂图片社为迪士尼提供

作为一名量子科学家，看到“量子世界”在最新的《蚁人》系列电影中的重要地位，我兴奋不已。通过这一很好的方式，我们可以打破障碍，了解这个将在未来几年影响人类生活的领域。

那么，我们应该如何理解“真正的量子世界”呢？让我带大家感受一场受“量子狂潮”启发的量子科学技术和可能性之旅。我更为关注的是，我们如何确保像黄蜂女这样的女性，以及更广泛的代表性不足的群体，能够在这段旅程中发挥突出的作用。

从通往工作地点的最佳捷径到互联网治理体系，我们所依赖的全球定位系统（GPS）背后都有量子传感器技术的支持。传感器在测量时间方面的精准度使许多GPS卫星内的原子钟精确计时。

传感器的工作原理是：利用粒子在原子尺度上的量子特性来探测引力场、电场或磁场的细微运动或变化。这种水平的精度可以提供高度精确稳定的测量，对时钟来说，可以使“计时”超级可靠。

精准的GPS固然很好，但最新的量子传感器技术将让我们更进一步。基于量子技术的定位、导航和授时系统（PNT）可以推动在GPS不起作用的环境中的导航变革。比如，在航天或军事领域中，GPS可能是一个可利用的弱点。PNT系统还为监测环境变化、从太空观测地球、预测长期天气状况提供了新方法，所有这些都为保险、采矿等各个行业以及全球可持续发展行动提供了关键数据。这些技术进步已经被科学家用于气候变化观测，并为今天的政策变革提供支撑。

许多PNT系统将冷原子传感器用作“原子加速度计”。它们利用物质的波状性质探测重力和加速度的细微变化。另一种类型的量子传感器则利用了钻石中的杂质发光使磁场成像的原理。这种类型的量子传感器值得提倡，因为它对生命系统无毒，因此在医疗保健领域潜力巨大。例如，目前的研究包括检测被疟疾感染的红细胞，从而阻止这种破坏性疾病的发展。

如果你想到计算机已经在很大程度上改变了我们的生活，想象一下这种超强的计算能力能把我们带多远。量子计算机可以帮助我们更快地研发新药和可持续材料，更有效地管理电网，更好地侦查金融犯罪等。

贯穿所有这些活动的主线是分析大量数据和可能的组合。科学是复杂的，但却以极大简化的形式呈现。利用亚原子粒子的量子特性，计算机可以在一次执行中将所有可能的组合考虑在内。而传统计算机必须依次考虑每种组合，所以速度要慢得多。

不出意料，创造出能大规模做到这一点的真实机器几乎和科学本身一样困难。问题越难，量子计算机规模就要越大。

不过，我们已经取得了一定进展，我仍然对它们的未来充满信心。自谷歌在2019年取得一大成就以来，我们已经抵达了业内许多人认为不可能的其他里程碑。因此，在这个十年创造出通用的量子计算机是可行的。凭借量子理论、高性能计算机和人工智能相结合的混合方法，我们将更快地感受到这种影响。通过利用量子优势（在生物技术和其他领域的应用已产生令人惊喜的效果），这种方法将助力典型问题的解决。

如今我们使用加密系统来保证最敏感的数据和系统的安全，而基于数学问题的密码算法是这些加密系统的支柱。这些数学问题对传统计算机来说过于复杂，但对量子计算机来说却不然。如果这些密码算法被破解，将危及敏感金融和健康数据、数字消息传递系统、关键基础设施、防御体系等的私密性和完整性。

在产生恐慌之前，大家需要记住的是，威胁是巨大的，但并非迫在眉睫。出现强大到可破解密码加密的量子计算机还需要数年时间。现在正是企业和政府做好准备的理想时机——替换加密系统是一项大规模的基础设施变革，大型组织需要数年才能实现。了解到各方正在积极考虑这些变革并采取行动，我们都可以睡得更安稳。

随着各个组织在量子安全准备方面取得进展，旨在降低威胁的量子风险技术市场也在不断成长。最备受瞩目的解决方案包括后量子密码学（PQC）和量子密钥分发（QKD）。虽然这两项技术和其他新兴解决方案仍处于初始发展阶段，但我相信，随着量子跃迁的步伐加快，我们会看到更多相关技术的进展。

我是所修博士课程中唯一的女学生，也经常是董事会里唯一的女性。量子领域的其他女性也曾清楚地讲述过类似经历。出于与其他科学技术（科学、技术、工程、数学）领域相同的原因，我们需要更多元化的观点。来自不同背景的团队可以提出更好的解决方案，更有可能降低输入偏见的风险，并鼓励其他代表性不足的群体进入该领域。

这个问题非常复杂，所以当我看到关于欧洲STEM领域女性的统计数据时倍受鼓舞。2021年，欧洲7,400万STEM工作者中，女性占比达52%。更具体到量子领域，很高兴看到美国政府对量子领域劳动力发展做出的承诺。

每一步都很重要，但要吸引最优秀、最多元的人才，我们还有很长的路要走。

《蚁人与黄蜂女：量子狂潮》可能呈现的是一个虚构的量子世界，但我希望它能激励新一代投身量子领域，从而创造一个真实的量子世界。（财富中文网）

克莉丝汀M. 吉尔克斯博士是安永（EY）全球创新量子部门的主管。本文的观点仅为作者观点，未必反映安永全球组织或其成员所的观点。

作者：KRISTIN M. GILKES

译者：郝秀

审校：汪皓

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