量子信息技術(shù)方興未艾。
新華社合肥5月10日消息，中共中央政治局常委、國務(wù)院總理李強(qiáng)5月10日在安徽調(diào)研。李強(qiáng)首先來到中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院，聽取研究院建設(shè)發(fā)展情況匯報(bào)，詳細(xì)了解重點(diǎn)領(lǐng)域科研進(jìn)展，與科研人員交流。
李強(qiáng)強(qiáng)調(diào)，當(dāng)今世界科技創(chuàng)新日新月異，要準(zhǔn)確把握科技前沿動(dòng)向和發(fā)展態(tài)勢，進(jìn)一步加強(qiáng)前瞻性布局，快人一拍、搶占先機(jī)，掌握更多發(fā)展主動(dòng)權(quán)。
新興產(chǎn)業(yè)與未來產(chǎn)業(yè)代表科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的方向，量子技術(shù)就是其中之一。今年政府工作報(bào)告指出，充分發(fā)揮創(chuàng)新主導(dǎo)作用，以科技創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，加快推進(jìn)新型工業(yè)化，提高全要素生產(chǎn)率，不斷塑造發(fā)展新動(dòng)能新優(yōu)勢，促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力實(shí)現(xiàn)新的躍升。在積極培育新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)方面，提到開辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道。
量子信息技術(shù)是以量子力學(xué)原理為基礎(chǔ)，通過對(duì)微觀量子系統(tǒng)中物理狀態(tài)的制備、調(diào)控和觀測，實(shí)現(xiàn)信息感知、計(jì)算和傳輸?shù)娜滦畔⑻幚矸绞�。目前主要有量子通信、量子�?jì)算和量子精密測量三個(gè)研究領(lǐng)域。其中，量子保密通信是最先進(jìn)入實(shí)用化階段、發(fā)展最為成熟的量子信息技術(shù)，中國當(dāng)前量子通信市場規(guī)模超800億元。
中國科學(xué)院院士、中國“量子之父”潘建偉近期也公開表示，量子技術(shù)正在不斷形成新的科學(xué)前沿，激發(fā)革命性的科技創(chuàng)新，孕育對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生巨大影響的顛覆性技術(shù)。
中國量子技術(shù)已實(shí)現(xiàn)部分領(lǐng)跑
潘建偉表示，經(jīng)過20余年的努力，中國整體上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從跟蹤、并跑到部分領(lǐng)跑的飛躍，在量子通信的研究和應(yīng)用方面處于國際領(lǐng)先地位，在量子計(jì)算方面處于國際第一方陣，在量子精密測量部分方向上處于國際領(lǐng)先或先進(jìn)水平。
據(jù)中國科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院介紹，量子通信有兩種最典型的應(yīng)用，分別是量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài)。量子密鑰分發(fā)（QKD）是指利用量子態(tài)來加載信息，通過一定的協(xié)議產(chǎn)生密鑰。量子力學(xué)基本原理保證了密鑰的不可竊聽，從而實(shí)現(xiàn)原理上無條件安全的量子保密通信。量子隱形傳態(tài)是指利用量子糾纏來直接傳輸微觀粒子的量子狀態(tài)（即量子信息），而不用傳輸這個(gè)微觀粒子本身，是量子中繼的重要環(huán)節(jié)。而量子中繼是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)的重要途徑，因此國際學(xué)術(shù)界將量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài)統(tǒng)稱為量子通信。
目前，國內(nèi)外均有量子通信技術(shù)落地，美國、歐洲、中國等國家已經(jīng)建立了量子通信網(wǎng)絡(luò)，其中，中國的量子通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模最大、傳輸總距離最長，并且實(shí)現(xiàn)了地空連接，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積最大。中國城域城際量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已初步滿足實(shí)用化要求，總里程超過10000公里的國家量子骨干網(wǎng)已全線貫通，覆蓋京津冀、長三角、粵港澳、成渝等重要區(qū)域。衛(wèi)星量子通信方面，中國研制并發(fā)射了世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，率先實(shí)現(xiàn)星地量子通信。
安徽省量子信息工程技術(shù)研究中心主任、科大國盾量子技術(shù)股份有限公司（國盾量子，688027）副總裁唐世彪對(duì)澎湃新聞表示，量子通信的發(fā)展目標(biāo)是構(gòu)建全球范圍的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系，可以分為三步：利用光纖構(gòu)建城域量子通信網(wǎng)絡(luò)、通過中繼器鏈接鄰近兩個(gè)城市的城際量子通信網(wǎng)絡(luò)、通過衛(wèi)星平臺(tái)的中轉(zhuǎn)鏈接遙遠(yuǎn)區(qū)域之間的量子通信網(wǎng)絡(luò)。中國未來要基于不斷完善的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)更多單位參與應(yīng)用落地與開發(fā)，讓量子通信技術(shù)便捷、快速地與經(jīng)典信息安全技術(shù)融合，服務(wù)政務(wù)、醫(yī)療、金融等領(lǐng)域。
量子計(jì)算方面，相較于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，最大的特征就是特定問題上速度快、算力高，具有更高效的計(jì)算能力和運(yùn)算速度。據(jù)國盾量子專家介紹，在某些特定情況，在量子計(jì)算機(jī)上4小時(shí)能夠完成的計(jì)算任務(wù)，用目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)需要5萬年左右時(shí)間。
中國是目前唯一在光學(xué)和超導(dǎo)兩種物理體系都達(dá)到“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑的國家。中國構(gòu)建的76光子光量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，在國際上首次在光量子體系實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”里程碑……在超導(dǎo)量子體系，中國先后構(gòu)建了62比特超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之號(hào)”和66比特的“祖沖之二號(hào)”，在超導(dǎo)量子體系實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”。
唐世彪介紹稱，量子計(jì)算包括光量子、超導(dǎo)、離子阱、中性原子等眾多技術(shù)路線。其中，超導(dǎo)技術(shù)路線最為矚目，IBM、谷歌等巨頭均進(jìn)行了布局。
他表示，作為未來計(jì)算能力跨越式發(fā)展的重要方向，量子計(jì)算未來有望在密碼破譯、天氣預(yù)測、生物制藥等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。當(dāng)前量子計(jì)算處在多種技術(shù)路線并存的早期探索階段，基本都沿著“量子計(jì)算優(yōu)越性-專用量子計(jì)算-通用量子計(jì)算”的路線圖發(fā)展，實(shí)現(xiàn)大規(guī)�？扇蒎e(cuò)通用量子計(jì)算仍需長期努力。
潘建偉也認(rèn)為，所有量子計(jì)算原型機(jī)的硬件性能離解決有價(jià)值的實(shí)際問題都還存在相當(dāng)?shù)牟罹唷?/p>
量子精密測量則是基于對(duì)光子和冷原子等微觀粒子系統(tǒng)的調(diào)控和觀測，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間、磁嘗重力場等多種物理量信息的超高精度測量，可實(shí)現(xiàn)物理量測量和信息獲取的精度、分辨率、穩(wěn)定度等性能指標(biāo)的進(jìn)一步提升。
中國2022年就首次在國際上實(shí)現(xiàn)百公里級(jí)的自由空間高精度時(shí)間頻率傳遞實(shí)驗(yàn)，時(shí)間傳遞穩(wěn)定度達(dá)到飛秒量級(jí)，頻率傳遞萬秒穩(wěn)定度優(yōu)于4E-19（相當(dāng)于時(shí)鐘約一千億年的誤差不超過一秒），精度達(dá)到E-19（10的負(fù)19次方）水平。值得一提的是，當(dāng)全球尺度時(shí)頻傳遞的穩(wěn)定度達(dá)到E-18量級(jí)時(shí)，就可形成新一代的“秒”定義，中國的這項(xiàng)科研成果也促使國際計(jì)量大會(huì)將在2026年討論“秒”的重新定義。
潘建偉團(tuán)隊(duì)基于光梳技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)自由空間中相距113公里的時(shí)頻傳遞
全球競爭加速，中國如何發(fā)力?
量子信息在中國屬于戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，目前企業(yè)主要分布在京津冀、長三角等地。各部委近年來出臺(tái)了一系列相關(guān)政策，自2016年起兩會(huì)政府工作報(bào)告均提及量子信息科技；2024年兩會(huì)期間，國務(wù)院國資委指出，2025年中央企業(yè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)收入的占比要達(dá)35%，在量子信息等方面提前布局。
據(jù)銀河證券研報(bào)，全球量子信息企業(yè)中，歐美占比超過60%，中國占比約30%。其中，量子通信領(lǐng)域中國相關(guān)企業(yè)數(shù)量最多。美國包括IBM、谷歌、英特爾、微軟、亞馬遜等巨頭成立的研發(fā)部門，以及眾多初創(chuàng)企業(yè)在硬件、軟件、算法等領(lǐng)域開展創(chuàng)新。中國華為、百度、騰訊等企業(yè)近年來也相繼成立量子實(shí)驗(yàn)室積極布局，但相對(duì)美國科技企業(yè)而言投入推動(dòng)力度仍較為有限。
全球量子信息企業(yè)中歐美占比超60%
歐美近年來也在不斷增加量子技術(shù)的投入。2018年，美國啟動(dòng)為期10年的《國家量子行動(dòng)法案》，歐盟正式實(shí)施“量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目”；2023年3月，英國發(fā)布《國家量子戰(zhàn)略》，將在2024到2034年間提供25億英鎊的政府投資，并吸引至少10億英鎊的額外私人投資；2023年12月，美國發(fā)布《國家量子倡議》（NQI）補(bǔ)充報(bào)告，將延續(xù)資助至2028年；同月，歐盟發(fā)布關(guān)于量子技術(shù)的聯(lián)合宣言，認(rèn)可量子技術(shù)對(duì)歐盟科學(xué)和工業(yè)競爭力的戰(zhàn)略重要性，法國、比利時(shí)、克羅地亞、希臘、芬蘭、斯洛伐克、斯洛文尼亞、捷克共和國、馬耳他、愛沙尼亞和西班牙等11國簽署該宣言；今年4月，歐盟委員會(huì)啟動(dòng)新一輪“地平線歐洲”項(xiàng)目征集，支持資金總額超過1.12億歐元（約8.67億元人民幣），主要面向人工智能（AI）與量子技術(shù)領(lǐng)域的前沿性項(xiàng)目。
從科研基礎(chǔ)來看，中國論文及專利主要來自高校和科研院所，而歐美量子信息領(lǐng)域研究專利中，科技企業(yè)申請(qǐng)數(shù)量占據(jù)主導(dǎo)，產(chǎn)業(yè)界的創(chuàng)新引領(lǐng)作用較強(qiáng)，中國科技成果仍需進(jìn)一步向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。目前，量子信息屬于中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，受到產(chǎn)業(yè)政策持續(xù)支持。2023年全球量子信息投資規(guī)模達(dá)到386億美元，其中中國投資總額達(dá)150億美元，占比位居全球前列。伴隨中國量子信息企業(yè)數(shù)量和投融資規(guī)模的不斷增長，量子關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化水平有望持續(xù)推進(jìn)。
國際學(xué)術(shù)界一般認(rèn)為實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)仍需10年甚至更長時(shí)間
國泰君安證券研報(bào)指出，量子信息技術(shù)是一次顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新，預(yù)計(jì)2028年有望出現(xiàn)可以投入商用的專用量子計(jì)算機(jī)。
量子通信方面，由于傳輸速率有限，更適合傳輸信息量孝對(duì)保密性要求高的應(yīng)用場合，因此金融、政府、軍隊(duì)成為第一批量子通信客戶。潘建偉認(rèn)為，量子保密通信當(dāng)前是加強(qiáng)應(yīng)用推廣，推動(dòng)構(gòu)建中國自主的信息安全體系、形成比較優(yōu)勢的良好時(shí)機(jī)。
唐世彪也向澎湃新聞表示，量子保密通信網(wǎng)絡(luò)有著信息基礎(chǔ)設(shè)施的特性，相關(guān)技術(shù)又有明確的應(yīng)用導(dǎo)向。因此只有量子保密通信網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)大，才能吸納下游行業(yè)和領(lǐng)域的用戶接入使用；行業(yè)應(yīng)用和用戶不斷擴(kuò)展，也才能促進(jìn)量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，這樣才能形成“網(wǎng)絡(luò)建設(shè)-接入應(yīng)用-網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容”的良性循環(huán)。對(duì)于新技術(shù)最好的鼓勵(lì)就是“出現(xiàn)一批有遠(yuǎn)見的用戶”，在信息安全等級(jí)要求較高的領(lǐng)域鼓勵(lì)“先行先試”，形成可復(fù)制推廣的應(yīng)用場景。
此外，他認(rèn)為量子信息技術(shù)也有一些共性挑戰(zhàn)。比如，作為未來產(chǎn)業(yè)，技術(shù)及產(chǎn)品的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需要從零開始，而標(biāo)準(zhǔn)化又是量子信息技術(shù)從實(shí)用化走向產(chǎn)業(yè)化規(guī)模應(yīng)用的必由之路。
“我們必須堅(jiān)持道路自信和戰(zhàn)略定力，在各級(jí)主管部門指導(dǎo)下，團(tuán)結(jié)科研界及產(chǎn)業(yè)界力量推動(dòng)國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定。”唐世彪表示，目前中國科大、中國信通院、濟(jì)南量子院、國盾量子等已積極參與，中國在量子通信標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面一路領(lǐng)跑，形成了初步的安全測評(píng)能力。同時(shí)，量子計(jì)算、量子測量首批國家標(biāo)準(zhǔn)也已發(fā)布。
此外，唐世彪還表示，對(duì)于信息安全高度敏感的領(lǐng)域，需要提前布局量子密鑰分發(fā)等能夠抵抗量子計(jì)算的加密手段，從而預(yù)防關(guān)鍵數(shù)據(jù)面臨“先存儲(chǔ)、后破解”的風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于大眾而言，量子通信會(huì)使信息傳遞更加安全、個(gè)人隱私保護(hù)得到加強(qiáng)，“量子密話”“國盾密語耳機(jī)”等量子安全應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)推出。另一方面，相關(guān)的教育和就業(yè)機(jī)會(huì)也可能會(huì)增多，需要提升相關(guān)科學(xué)素養(yǎng)和就業(yè)技能。
