“网红”科学家说的量子力学，已经在电网全面应用

一场跨年科学演讲让曾经深奥难懂的物理概念得到了更通俗化和趣味化的诠释。

12月30日，由中国科学院物理研究所发起的“‘新年悟理’跨年科学演讲——什么是量子力学”在京举行，主讲人是被网友戏称为“专治各种不明白”的“网红”科学家曹则贤。

这场非常“接地气”的科学演讲通过十余家直播平台的同步播出，虽与各大卫视的跨年晚会“撞车”，但依然引发了超百万网友在线观看，不仅被誉为“一股来自科学界的清流”，更让曾经颠覆人类世界观的量子理论再次进入大众视野。

众所周知，20世纪量子理论的出现打破了人类对世界的很多常规认知。在量子的世界里，甚至“穿墙术”和“心灵感应”皆有可能会发生，它为人类探索世界提供了无限可能。

值得注意的是，除了人类主观意识里玄妙的第六感和特异功能之外，量子理论作为数字时代的基石，已在电网领域得到实际应用，量子技术亦正在悄无声息的改变客观世界。

量子理论的研究和技术应用是全球前沿领域，目前主要有量子通信、量子计算、量子测量三大方面。

量子通信是量子力学和经典通信相结合的产物，其安全性由海森堡测不准定理和不可克隆原理所保障，具有经典通信无法比拟的无条件安全性及对窃听的可检测性。

量子通信成熟最早，并且我国在此领域处于领先地位，不仅形成了成熟的成套装备，更实现了系统大规模应用。目前，我国已建成了量子通信“京沪”“沪杭”“合武”等干线，成功发射了量子科学实验卫星“墨子号”并完成相关实验。

量子计算目前虽没有得到实际应用，却也在快速成长，是真正的“潜力股”。由于量子具备叠加、纠缠等特性，运算时能够同时生成很多结果。如果能够对其精确控制，选择想要的结果，算力将获得指数级提升。

几十个量子比特的计算机算力就能超过世界上现有的最强超级计算机。在这一领域，谷歌、微软、亚马逊等巨头处于第一集团，我国科技公司都大力投入，很多量子计算企业也在紧紧跟随，但总体上都还未实现具体应用。

相比于已经得到实际应用的量子通信和正在快速发展的量子计算，量子测量则略显“稚嫩”。主要应用于化学与材料科学以及生物和医疗等研究领域。

由于量子都是微观粒子，对各种扰动特别敏感，因而能够大大提高测量精度。在医疗检测领域，量子测量技术能够使技术人员看清楚单个DNA分子的细节，精度比目前最先进的核磁共振提高3～4个数量级。

随着能源互联网的快速发展，泛在电力物联网建设提速，电力系统中各类应用、终端设备连接入网，网络信息安全日益重要。量子技术在原理上可以实现信息通信的绝对安全，当中蕴含着重塑现有网络信息安全理念和技术的巨大能量。因此，国家电网已将量子技术全面应用到电网运营中。

在量子通信方面，国网旗下的信息通信产业集团已建立起电力量子城域示范网，为各类电网业务信息传输提供了安全保障。

在政治保电方面，量子通信技术已在2016年G20杭州峰会、十九大、上海合作组织青岛峰会等重要活动保电的网络信息通信安全保障中得到应用。

在电网日常业务应用方面，量子安全产品为调度自动化、配电自动化、数据灾备、银电专线、数据网管、用电采集等业务提供了信息安全保障。

在“两网”融合的浪潮中，量子技术的应用能够为泛在电力物联网的信息安全保驾护航，助力泛在电力物联网更好地发挥作用。

在泛在电力物联网的感知层，有离线加密保护终端通信；在网络层，有在线IP加密和非IP光路加密保护网络安全；在平台层，有数据库量子加密保护数据安全；在应用层，有量子安全云服务全面覆盖泛在电力物联网各层面的安全通信需求。

此外，量子计算可以在电网信息安全方面起到重要作用。用量子算法库中的机器学习算法来分析威胁信息、判断安全态势，可提升安全监测态势感知的效率。未来，量子算法的高算力还有可能在电网潮流计算和稳态分析中优势尽显。

而量子测量则有望在电网电气状态监测方面崭露头角。技术人员通过监测光在复合光缆地线传播过程中量子状态的变化，可以判断该线路覆冰情况的变化。

如今，虽然量子技术想要达到应用阶段还需时日，但其广阔的应用前景毋庸置疑，并且乘着泛在电力物联网加速建设的东风，量子技术也将在电网众多业务领域发挥更大的作用。