量子科技应用基于量子力学核心理论，量子力学核心理论围绕微观粒子特性：(1）量子叠加让粒子同时处于多态，是量子计算并行性基础；（2)量子纠缠使关联粒子状态瞬时联动，支撑量子通信；不确定性原理限制位置与动量的同时精准测量；（3）量子隧穿让粒子穿越经典物理无法逾越的能量势垒，赋能传感技术。

一、量子科技应用的基本理论基础

量子科技应用的核心是驾驭微观粒子的量子特性，其理论基石包括：

量子叠加原理：微观粒子可同时处于多个量子态，是量子计算并行处理的基础，使量子比特能同时表示 0 和 1。

量子纠缠：两个或多个粒子形成不可分割的整体，一个粒子状态改变会瞬时影响其他粒子，是量子通信和分布式量子计算的核心。

量子测量坍缩：测量行为会改变量子态，是量子密码安全性的来源，也是量子计算需克服的挑战。

量子隧穿效应：粒子可穿越经典物理无法逾越的能量势垒，应用于扫描隧道显微镜、量子隧穿二极管等商用技术。

量子相干性：微观粒子保持量子态的能力，是量子计算和量子传感的关键，需克服退相干问题。

这些理论源于普朗克量子假说、薛定谔方程、海森堡不确定性原理等量子力学基本框架，构成量子计算、量子通信、量子精密测量三大应用领域的基础。

二、中国在量子科技的战略布局

中国构建的 “国家统筹 + 地方推进 + 产学研协同” 量子科技体系，聚焦三大核心方向：一是量子计算，以超导、光量子双路线并行，攻关量子芯片、量子纠错等核心技术，研制高性能量子计算机，推动在药物研发、金融计算等领域应用；二是量子通信，建设天地一体化量子保密通信网络，依托 “墨子号” 卫星和 “京沪干线” 等基础设施，实现绝对安全的信息传输，服务金融、电力等关键行业；三是量子精密测量，研发量子磁力仪、量子重力仪、超高精度量子时钟等设备，为资源勘探、医学成像、导航定位等提供超高精度测量技术支撑，提升国家基础测量能力。工信部围绕这三大方向部署 17 项揭榜任务，加速技术突破与产业化落地。

三、中国取得的举世瞩目成就

1. 量子通信：全球绝对领先

“墨子号” 卫星（2016）：世界首颗量子科学实验卫星，实现星地量子密钥分发和千公里级星地双向量子纠缠分发，刷新传输距离纪录。

“京沪干线”（2017）：全球首条千公里级量子保密通信骨干网，全长 2000 余公里，连接京津冀与长三角，已接入金融、电力等关键行业。

天地一体化网络：实现跨越 12900 公里的洲际量子密钥分发，建成全球最大规模量子安全基础设施，量子保密通信进入规模化商用阶段。

技术突破：完成首批器件无关量子密钥分发实验，发布融合 QKD 与 PQC 的分布式密码系统，实现全球首例跨域量子密信通话。

2. 量子计算：双路线并行，部分指标领跑

光量子计算：“九章 4 号”（2025）以 3050 个光子控制、1100 个量子比特，在高斯玻色采样任务中 30 秒完成超算万年工作量，算力优势达 10³²，较国际同类领先两个数量级，中国是唯一在光量子体系实现 “量子计算优越性” 的国家。

超导量子计算：“祖冲之三号”（2024）搭载 105 个数据比特，处理随机线路采样速度比谷歌快 6 个数量级，刷新超导体系量子优越性纪录；“天衍 504” 以 504 个比特成为国内单台比特数最多的超导量子设备。

3. 量子精密测量：多点突破

成功研制量子磁力仪、量子重力仪等系列量子传感器，在资源勘探、医学成像等领域应用。量子时钟精度达 10⁻¹⁸量级，为导航、通信等领域提供超高精度时间基准。

四、中国与国外发达国家的水平对比

全球形成 “中美欧三足鼎立” 格局，中国整体处于第一梯队，呈现 “部分领跑、总体并跑、局部跟跑” 态势。

1. 领跑领域

量子通信：天地一体化网络规模、技术成熟度、商用化进度全球第一，远超美国、欧盟和日本。

光量子计算：“九章” 系列在高斯玻色采样任务上领先国际同类成果两个数量级，是该领域绝对标杆。

量子通信基础设施：国家广域量子保密通信骨干网全球最大，应用场景最丰富。

2. 并跑领域

超导量子计算：“祖冲之三号” 105 比特与 IBM 等国际巨头处于同一量级，量子优越性实验结果领先；但 IBM 在比特数量（1121 比特）和模块化系统布局上略占优势。

量子精密测量：部分传感器指标达国际先进，与美国、德国在不同细分方向各有侧重。

3. 跟跑领域

核心量子器件：高端稀释制冷机、部分超导材料和精密电子元件仍依赖进口，国产化率待提升。

量子软件与算法生态：美国在量子编程框架、应用算法开发上领先，中国需加强软件生态建设。

量子纠错技术：国际主流处于相同研究阶段，中国在实用化纠错方案上仍需追赶。