從量子通信到量子計算，中國量子資訊技術如何“量”力前行

澎湃新聞

2024-05-14 07:28釋出于上海澎湃新聞官方賬号

量子資訊技術方興未艾。

新華社合肥5月10日消息，中共中央政治局常委、國務院總理李強5月10日在安徽調研。李強首先來到中國科學院量子資訊與量子科技創新研究院，聽取研究院建設發展情況彙報，詳細了解重點領域科研進展，與科研人員交流。

李強強調，當今世界科技創新日新月異，要準确把握科技前沿動向和發展态勢，進一步加強前瞻性布局，快人一拍、搶占先機，掌握更多發展主動權。

新興産業與未來産業代表科技革命和産業變革的方向，量子技術就是其中之一。今年政府工作報告指出，充分發揮創新主導作用，以科技創新推動産業創新，加快推進新型工業化，提高全要素生産率，不斷塑造發展新動能新優勢，促進社會生産力實作新的躍升。在積極培育新興産業和未來産業方面，提到開辟量子技術、生命科學等新賽道。

量子資訊技術是以量子力學原理為基礎，通過對微觀量子系統中實體狀态的制備、調控和觀測，實作資訊感覺、計算和傳輸的全新資訊處理方式。目前主要有量子通信、量子計算和量子精密測量三個研究領域。其中，量子保密通信是最先進入實用化階段、發展最為成熟的量子資訊技術，中國目前量子通信市場規模超800億元。

中國科學院院士、中國“量子之父”潘建偉近期也公開表示，量子技術正在不斷形成新的科學前沿，激發革命性的科技創新，孕育對人類社會産生巨大影響的颠覆性技術。

中國量子技術已實作部分領跑

潘建偉表示，經過20餘年的努力，中國整體上已經實作了從跟蹤、并跑到部分領跑的飛躍，在量子通信的研究和應用方面處于國際領先地位，在量子計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先或先進水準。

據中國科學院量子資訊與量子科技創新研究院介紹，量子通信有兩種最典型的應用，分别是量子密鑰分發和量子隐形傳态。量子密鑰分發（QKD）是指利用量子态來加載資訊，通過一定的協定産生密鑰。量子力學基本原理保證了密鑰的不可竊聽，進而實作原理上無條件安全的量子保密通信。量子隐形傳态是指利用量子糾纏來直接傳輸微觀粒子的量子狀态（即量子資訊），而不用傳輸這個微觀粒子本身，是量子中繼的重要環節。而量子中繼是實作遠距離量子密鑰分發的重要途徑，是以國際學術界将量子密鑰分發和量子隐形傳态統稱為量子通信。

目前，國内外均有量子通信技術落地，美國、歐洲、中國等國家已經建立了量子通信網絡，其中，中國的量子通信網絡基礎設施規模最大、傳輸總距離最長，并且實作了地空連接配接，網絡覆寫面積最大。中國城域城際量子通信網絡技術已初步滿足實用化要求，總裡程超過10000公裡的國家量子骨幹網已全線貫通，覆寫京津冀、長三角、粵港澳、成渝等重要區域。衛星量子通信方面，中國研制并發射了世界首顆量子科學實驗衛星“墨子号”，率先實作星地量子通信。

安徽省量子資訊工程技術研究中心主任、科大國盾量子技術股份有限公司（國盾量子，688027）副總裁唐世彪對澎湃新聞表示，量子通信的發展目标是建構全球範圍的廣域量子通信網絡體系，可以分為三步：利用光纖建構城域量子通信網絡、通過中繼器連結鄰近兩個城市的城際量子通信網絡、通過衛星平台的中轉連結遙遠區域之間的量子通信網絡。中國未來要基于不斷完善的量子保密通信網絡，推動更多機關參與應用落地與開發，讓量子通信技術便捷、快速地與經典資訊安全技術融合，服務政務、醫療、金融等領域。

量子計算方面，相較于傳統的計算機，最大的特征就是特定問題上速度快、算力高，具有更高效的計算能力和運算速度。據國盾量子專家介紹，在某些特定情況，在量子計算機上4小時能夠完成的計算任務，用目前最快的超級計算機需要5萬年左右時間。

中國是目前唯一在光學和超導兩種實體體系都達到“量子計算優越性”裡程碑的國家。中國建構的76光子光量子計算原型機“九章”，在國際上首次在光量子體系實作“量子計算優越性”裡程碑……在超導量子體系，中國先後建構了62比特超導量子計算原型機“祖沖之号”和66比特的“祖沖之二号”，在超導量子體系實作“量子計算優越性”。

唐世彪介紹稱，量子計算包括光量子、超導、離子阱、中性原子等衆多技術路線。其中，超導技術路線最為矚目，IBM、谷歌等巨頭均進行了布局。

他表示，作為未來計算能力跨越式發展的重要方向，量子計算未來有望在密碼破譯、天氣預測、生物制藥等領域發揮巨大作用。目前量子計算處在多種技術路線并存的早期探索階段，基本都沿着“量子計算優越性-專用量子計算-通用量子計算”的路線圖發展，實作大規模可容錯通用量子計算仍需長期努力。

潘建偉也認為，所有量子計算原型機的硬體性能離解決有價值的實際問題都還存在相當的差距。

量子精密測量則是基于對光子和冷原子等微觀粒子系統的調控和觀測，實作對時間、磁場、重力場等多種實體量資訊的超高精度測量，可實作實體量測量和資訊擷取的精度、分辨率、穩定度等性能名額的進一步提升。

中國2022年就首次在國際上實作百公裡級的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗，時間傳遞穩定度達到飛秒量級，頻率傳遞萬秒穩定度優于4E-19（相當于時鐘約一千億年的誤差不超過一秒），精度達到E-19（10的負19次方）水準。值得一提的是，當全球尺度時頻傳遞的穩定度達到E-18量級時，就可形成新一代的“秒”定義，中國的這項科研成果也促使國際計量大會将在2026年讨論“秒”的重新定義。

潘建偉團隊基于光梳技術成功實作自由空間中相距113公裡的時頻傳遞

全球競争加速，中國如何發力?

量子資訊在中國屬于戰略新興産業，目前企業主要分布在京津冀、長三角等地。各部委近年來出台了一系列相關政策，自2016年起兩會政府工作報告均提及量子資訊科技；2024年兩會期間，國務院國資委指出，2025年中央企業戰略性新興産業收入的占比要達35%，在量子資訊等方面提前布局。

據銀河證券研報，全球量子資訊企業中，歐美占比超過60%，中國占比約30%。其中，量子通信領域中國相關企業數量最多。美國包括IBM、谷歌、英特爾、微軟、亞馬遜等巨頭成立的研發部門，以及衆多初創企業在硬體、軟體、算法等領域開展創新。中國華為、百度、騰訊等企業近年來也相繼成立量子實驗室積極布局，但相對美國科技企業而言投入推動力度仍較為有限。

全球量子資訊企業中歐美占比超60%

歐美近年來也在不斷增加量子技術的投入。2018年，美國啟動為期10年的《國家量子行動法案》，歐盟正式實施“量子技術旗艦項目”；2023年3月，英國釋出《國家量子戰略》，将在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，美國釋出《國家量子倡議》（NQI）補充報告，将延續資助至2028年；同月，歐盟釋出關于量子技術的聯合宣言，認可量子技術對歐盟科學和工業競争力的戰略重要性，法國、比利時、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，歐盟委員會啟動新一輪“地平線歐洲”項目征集，支援資金總額超過1.12億歐元（約8.67億元人民币），主要面向人工智能（AI）與量子技術領域的前沿性項目。

從科研基礎來看，中國論文及專利主要來自高校和科研院所，而歐美量子資訊領域研究專利中，科技企業申請數量占據主導，産業界的創新引領作用較強，中國科技成果仍需進一步向産業轉化。目前，量子資訊屬于中國戰略新興産業，受到産業政策持續支援。2023年全球量子資訊投資規模達到386億美元，其中中國投資總額達150億美元，占比位居全球前列。伴随中國量子資訊企業數量和投融資規模的不斷增長，量子關鍵核心技術攻關和産業化水準有望持續推進。

國際學術界一般認為實作通用量子計算機仍需10年甚至更長時間

國泰君安證券研報指出，量子資訊技術是一次颠覆性的技術創新，預計2028年有望出現可以投入商用的專用量子計算機。

量子通信方面，由于傳輸速率有限，更适合傳輸資訊量小、對保密性要求高的應用場合，是以金融、政府、軍隊成為第一批量子通信客戶。潘建偉認為，量子保密通信目前是加強應用推廣，推動建構中國自主的資訊安全體系、形成比較優勢的良好時機。

唐世彪也向澎湃新聞表示，量子保密通信網絡有着資訊基礎設施的特性，相關技術又有明确的應用導向。是以隻有量子保密通信網絡不斷擴大，才能吸納下遊行業和領域的使用者接入使用；行業應用和使用者不斷擴充，也才能促進量子保密通信網絡的建設，這樣才能形成“網絡建設-接入應用-網絡擴容”的良性循環。對于新技術最好的鼓勵就是“出現一批有遠見的使用者”，在資訊安全等級要求較高的領域鼓勵“先行先試”，形成可複制推廣的應用場景。

此外，他認為量子資訊技術也有一些共性挑戰。比如，作為未來産業，技術及産品的有關标準需要從零開始，而标準化又是量子資訊技術從實用化走向産業化規模應用的必由之路。

“我們必須堅持道路自信和戰略定力，在各級主管部門指導下，團結科研界及産業界力量推動國内外有關标準制定。”唐世彪表示，目前中國科大、中國信通院、濟南量子院、國盾量子等已積極參與，中國在量子通信标準體系建設方面一路領跑，形成了初步的安全測評能力。同時，量子計算、量子測量首批國家标準也已釋出。

此外，唐世彪還表示，對于資訊安全高度敏感的領域，需要提前布局量子密鑰分發等能夠抵抗量子計算的加密手段，進而預防關鍵資料面臨“先存儲、後破解”的風險。

對于大衆而言，量子通信會使資訊傳遞更加安全、個人隐私保護得到加強，“量子密話”“國盾密語耳機”等量子安全應用産品已經推出。另一方面，相關的教育和就業機會也可能會增多，需要提升相關科學素養和就業技能。

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