两次量子革命带来颠覆式技术创新。
第一次量子革命（20 世纪 80 年代至 90 年代末期）：量子力学推动推动超导、晶体管、激光、 核磁共振等技术诞生。上世纪 80 年来以来，物理学理论探索从经典物理学的连续性观念转 向量子力学的离散型观念，普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的量子轨道等 量子理论诞生并得到应用，推动超导、晶体管、激光、核磁共振等技术的诞生与应用，标志 着量子理论的正确性得到验证，量子技术在信息科学实际应用中的巨大潜力逐渐显现，利用 量子力学原理进行信息处理的可能性得到探索，为第二次量子革命奠定坚实理论与实验基础。 具体而言，第一次量子革命可分为三个阶段。
1）理论基础奠定期（1900-1980）：物理学家开始探索微观物理学现象。1900 年，普朗克提出 量子假说，标志着量子理论的诞生。随后，爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子模型进一步 巩固了量子理论。1926 年，薛定谔和海森堡分别提出波动力学和矩阵力学，为量子力学奠定 坚实基础。在此时期，量子理论成功解释了诸多实验现象，并在固体物理学、原子物理学和 分子物理学等领域取得重大进展。在应用方面，超导、晶体管、激光、核磁共振等技术不断 诞生并得到应用。1911 年，荷兰物理学家海克·卡马林·奥克斯发现超导现象；1947 年，贝 尔实验室的肖克利和巴丁发明第一个晶体管；1953 年，曼彻斯特大学开发世界第一台晶体管 计算机；1960 年，西蒙斯和汉斯创造世界第一个激光；1961 年，德州仪器公司生产了第一个 商业化集成电路。
2）崭露头角期（1981-1993）：在量子理论的指导下，量子科技开始在世纪应用中崭露头角。 1981 年，费曼提出量子计算的概念，并探讨了量子计算机的潜力；1982 年，量子纠缠的实验 验证成功，为量子信息科学的发展奠定基础；1991 年，量子密钥分发概念被提出，为量子通 信的安全传输提供理论基础。这一时期，量子科技的理论研究和实验验证为后续的技术发展 和应用奠定基础。
3）持续发展期（1994-1999）：量子科技产业持续发展。1994 年，Peter Shor 提出 Shor 算法， 展示了量子计算机在破解加密方面的巨大潜力；同年，Lov Grover 提出量子搜索算法，设计 用于无序列表搜索目标性，利用量子并行性和干涉效应加速搜索过程。1996 年，DiVincenzo 提出量子计算机准则，用于评估和设计量子计算机，有助于确定量子系统是否适用于构建量 子计算机，包括可扩展量子比特、可控可读量子比特、长时间相干性、通用量子门集、可靠 量子读写操作。1998 年，Bernhard Omer 提出量子计算机编程语言，制造为量子计算机提供 统一编程框架，结合传统编程概念和量子计算的叠加和纠缠特性。
第二次量子革命（21 世纪初至今）：实现单个微观粒子操控，量子信息技术产业持续演进。 第一次和第二次量子革命的核心区别在于第一次量子革命主要发明与发展原子能、激光、超 导、晶体管和半导体器件、集成电路器件、微处理器、核磁共振成像等基于量子力学效应的 信息技术，而第二次量子革命基于操控电子、光子等离子体系的微观量子行为发展量子信息 技术，利用量子体系的叠加、纠缠等量子力学行为，进行信息获取、处理和传输，对多个领 域产生基础共性与颠覆性的重大影响。在这一时期，量子比特概念的提出，量子纠缠的实验 验证、量子计算的原理性验证等，意味着量子层面上操控和利用量子现象成为可能，为解决 经典计算难以处理的问题、实现信息安全传输、探索量子模拟等提供全新途径，标志着量子 技术开始从理论探索转向实际应用，一系列突破性技术和商业化产品逐渐涌现。
21 世纪以来，随着科技企业积极布局，量子计算进入了技术验证和原理样机研制的阶段。2000 年，DiVincenzo 提出建造量子计算机的判据。此后，加拿大 D-Wave 公司率先推动量子计算 机商业化，IBM、谷歌、微软等科技巨头也陆续开始布局量子计算。2018 年，谷歌发布了 72 量子位超导量子计算处理器芯片。2019 年，IBM 发布最新 IBM Q System One 量子计算机， 提出衡量量子计算进展的专用性能指标——量子体积，并据此提出了“量子摩尔定律”，即 量子计算机的量子体积每年增加一倍。在量子优越性方面，2019 年 10 月，谷歌基于 53 位的 Sycamore 量子处理器进行实验，成功证明量子计算机在随机电路采样任务的执行速度远超最 快的经典超级计算机，宣布在量子计算领域实现“量子霸权”。
“量子霸权”是重要的里程碑，标志着量子计算领域的一个重大转折点，即量子计算机首次 在特定任务上展现出超越传统超级计算机的能力，证明了量子计算机从原理走向应用的可行 性与在并行计算方面的优越性。尽管目前量子计算机的应用还非常有限，但这一突破展示了 量子计算技术的巨大潜力，并为未来的发展奠定了基础。
量子计算机的进一步发展可能会在材料科学、药物发现、优化问题等领域带来革命性的变化。 2020 年 12 月 4 日，中国科学技术大学的潘建伟院士团队成功构建了 76 个光子的量子计算原 型机“九章”。根据中科大钟瀚森、潘建伟等人发表的在 Science 期刊发表的《Quantum computational advantage using photons》论文，“九章”在处理高斯玻色取样的速度上比当时的 超级计算机“富岳”快 100 万亿倍，使中国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。2021 年，在“九章”的基础上，中国科学技术大学团队又构建了“九章二号”和“祖冲之二号” 量子计算机。这些机器在处理特定问题上的速度比当时的顶级超级计算机快得多，进一步巩 固了中国在量子计算领域的国际领先地位。2023 年，中国科学技术大学团队成功构建了 255 个光子的量子计算原型机“九章三号”。根据邓宇皓、潘建伟等人发表的《Gaussian Boson Sampling with Pseudo-Photon-Number Resolving Detectors and Quantum Computational Advantage》 论文，“九章三号”在处理高斯玻色取样的速度上比“九章二号”提升了 100 万倍，进一步刷 新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。
