量子科技走火 量子科技为何成多国战略布局重点 我国量子科技现状如何

量子科技，如今快速一文看尽?

最近，量子科技相关知识和行业进展，正在成为关注新热点。

究竟是什么?原理如何?行业内有怎样的代表性技术、公司和应用?最新的进展又如何?

今日我们争取一文打尽。

就应用方向来看，量子科技可以分为两大板块：量子通信和量子计算。

量子通信是利用量子力学的基本原理对信息进行加密，具有不可克隆、不可窃听的特性。

如果中途遭到窃听，信息将会被破坏，接收方就能察觉，因此具有传统通信技术不可比拟的安全性。

量子计算是利用量子态的演化进行计算。经典计算机中只能处于0或者1两种状态之一，而量子计算机能同时处于0和1两种状态。由此衍生的量子算法可能大大超过当前超级计算机。

量子通信

目前，我国的量子通信技术走在了世界的前列，已经建构了从上游元器件到下游实际应用的产业生态。

上游负责提供光纤等元器件及其他一些核心设备的公司有国盾量子、亨通光电、光迅科技等。

最为核心的中游企业有国盾量子和神州信息，提供的是传输干线或系统平台。

最后，各大银行、公安及政务系统已经有来较多下游的成功应用案例。

△图源：dcits

国盾量子发源于中国科学技术大学，2009年5月创立，经过10余年的探索和实践，已成长为全球领先的量子通信设备制造商和量子安全解决方案供应商，是量子通信产业化的开拓者、实践者和引领者。

△图源：quantum-info

目前，国盾量子参与和主导的重要项目有着许多的实践案例：

首先，国盾量子与中科大开展量子通信的研究有主导并推进了量子通信网络在城域通信上的应用，如：合肥城域量子通信试验示范网、济南量子通信试验网等;

最为重要另外，国盾量子的州信息是参与建设便是“京沪干线”项目，并帮助中国工商银行成功地将量子通信技术应用到了其“两地三中心”架构下的京沪异地广域网应用中，实现了网上银行京沪异地数据的量子加密传输。

此外，国盾量子还与阿里云进行合作，在阿里云网络环境建立多个量子安全域，通过量子传送门实现同城数据中心互联组网。

截至2020年6月底，根据德温特(Derwent)国际权威专利数据库数据显示，国盾量子在量子通信相关领域公开的同族专利数量排名全球首位。

神州信息是一家提供软件和信息服务的公司，持有国盾量子1%的股份，但双方在业务方面的合作非常多。方面的合作非常多。

△图源：dcits

在神州信息承建的“京沪干线”中，国盾量子就是主要的合作者。

近年来，神州信息自身也加大了在量子通信领域的投入。去年，神州信息开发的企业级即时加密通讯工具“量信通”发布。

“量信通”是神州信息将量子随机数发生器结合行业需求进行的二次研发，该产品直接利用量子密钥加密解决通讯过程中的高安全传输及高安全存储问题。

量子通信技术本身离不开光纤等设备，因此亨通光电、光迅科技等光电设备提供商也成为了量子通信的概念企业。

而在量子通信的应用中，最为重要的是京沪干线项目，该项目于2013年7月立项，中科院、国盾量子及神州信息等都参与其中。

项目建设目标是建成连接北京、上海，贯穿济南、合肥等地，由32座中继站和31段光纤量子通信线路构成的量子保密通信骨干线路，线路总长2000余公里，连接各地城域接入网络，打造广域光纤量子保密通信网络。

同时，京沪干线北京接入点实现与“墨子号”量子科学实验卫星兴隆地面站的连接，全线密钥率大于5kbps，已形成星地一体的广域量子通信网络雏形，大大扩展了京沪干线应用能力。

通过“京沪干线”，中国工商银行已经成功了实现了网上银行京沪异地数据的量子加密传输。

而中国人民银行也借助“星地一体化”量子通信广域网络和北京城域网，实现了新疆支行至北京金融信息中心之间的高安全量子加密应用。

量子计算

量子计算商业化目前在国内仍处于起步阶段。因此在量子计算领域，国内的初创公司比较少。有实际产品的仅有合肥的本源量子和深圳的量旋科技两家公司。

其中，本源量子是由中科院量子信息重点实验室孵化、中国科技大学郭国平创立的一家公司。中科院院士郭光灿也是该公司的联合创始人。

本源量子的业务范围覆盖量子计算机、量子芯片、量子云、量子测控、量子软件等领域。

硬件方面，本源量子推出过玄微XW S2-200、夸父KF C6-130两款量子芯片，本源悟本量子计算机，以及基于此计算机的量子云平台。

软件方面，本源量子有Qurator量子编程IDE，集成了量子编程框架和编译器。

来自深圳的量旋科技则专注于制造桌面型的量子计算机。

一般来说，量子计算机体积庞大，且需要复杂的制冷设备，现阶段罕有小型化产品。

而量旋科技基于核磁共振技术制造的量子计算机“双子座”在常温下运行、体积小巧，可以像台式电脑一样放在桌上运行。

除实体硬件外，量旋科技也提供接入双子座的量子云平台。

目前，国内主要大公司也已经开展了量子计算的研究工作，华为和BAT均有布局。

早在2018年，华为就开始云量子计算模拟平台HiQ，可模拟全振幅42量子比特以上，成为当时业界领先的量子电路模拟云服务。

人才方面，华为招入南方科技大学教授翁文康担任量子计算软件与算法首席科学家。

百度2018年宣布成立量子计算研究所，由悉尼科技大学量子软件和信息中心段润尧教授出任所长，直接向百度总裁汇报。

百度分别在两个业务线中加入量子计算研究：AI平台飞桨去年引入量子机器学习开发平台量桨、量子计算研究所今年9月上线云原生量子计算平台量易伏。

腾讯在量子计算领域的研究更侧重于实际应用，官网已经放出了量子云计算平台和化学计算云平台，但暂时还未对外开放服务。香港中文大学终身教授张胜誉是该实验室负责人。

阿里达摩院X实验室下设量子实验室，主要从事量子计算机、算法和物理模拟的研究。

现阶段，阿里还没有量子计算机硬件公布，但是阿里云已经推出了量子开发平台AC-QDP，以及背后由分布式计算平台提供的量子计算模拟器太章。

密歇根大学安娜堡分校计算机科学教授施尧耘是达摩院量子实验室负责人。

在国际上，量子计算领域“高手如云”，大型科技公司IBM、谷歌、微软、霍尼韦尔等都有自己的量子计算机硬件和云平台。

另外还有IonQ、D-Wave等专门从事量子计算机开发的公司，这两家公司的硬件都已经成功商业化，在市场上获得了认可。

相比量子通信，量子计算技术百花齐放，各家实现的方式有超导电路、离子阱、核磁共振等等。

国内量子计算商业化的起步较晚。上面提到的D-wave公司早在1999年就已成立，IBM四年前就上线了量子计算模拟平台。不过国内科技公司也在加快追赶步伐。

量子科技为何成为多国战略布局的重点领域

从顶层设计、战略投资再到人才培养等，全球多国近年来在量子科技领域持续投入。那么什么是量子科技?在现实生活中有何应用前景?各国及科技企业在相关领域的发展态势如何?

解读量子科技还要从量子力学说起。量子力学发源于20世纪初，是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，如果一个物理量存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的。量子力学中有一些“违背常理”的特点，如著名的难知死活的“薛定谔的猫”等。但相关理论不断获得实验支持，在一百多年里催生了许多重大发明——原子弹、激光、晶体管、核磁共振、全球卫星定位系统等，改变了世界面貌。

量子信息技术则是量子力学的最新发展，代表了正兴起的“第二次量子革命”。早在2016年，欧盟就宣布将量子技术作为新的旗舰科研项目，迎接“第二次量子革命”。美国也一直支持量子科技发展，最新动向是在10月7日，白宫科学和技术政策办公室启用了国家量子协调办公室的官方网站，同时发布了《量子前沿报告》。

在量子信息技术中，具有代表性的是量子通信和量子计算。这也是各主要科技大国重点抢占的战略技术高地。

量子通信：信息安全传输的“保护盾”

量子通信是利用量子力学相关原理解决信息安全问题的通信技术。其中一个著名原理就是量子纠缠，两个处于纠缠状态的量子就像有“心灵感应”，无论相隔多远，一个量子状态变化，另一个也会随之改变，爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。传统的通信方式有被窃听的风险，而在量子通信中，窃听者必然被察觉并被通信双方规避。量子通信因此常被称作信息安全传输的“保护盾”，在保密领域有很大应用前景。

近年来，中国量子通信技术取得多项突破性进展。比如2016年8月，中国发射了自主研制的世界上首颗空间量子科学实验卫星“墨子号”;此后，中国科研人员利用量子卫星在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发等成果。2017年，全球首条量子保密通信骨干网“京沪干线”项目通过总技术验收。

今年以来，在量子通信领域中国学者“捷报频传”。有关方面3月宣布，中国科学技术大学潘建伟团队等研究人员实现了500公里级真实环境光纤的双场量子密钥分发和相位匹配量子密钥分发，传输距离达到509公里，创造了新的世界纪录。有关方面9月宣布，郭光灿院士团队与奧地利同行合作，首次实现了高保真度的32维量子纠缠态，显著提高了量子通信的信道容量。

量子计算：未来计算技术的“心脏”

量子计算是各国优先发展的另一重点科技领域。百度研究院量子计算研究所所长段润尧告诉新华社记者：“量子计算是这一场新量子革命最具有代表性的技术，是未来计算技术的心脏。”

与传统计算机相比，量子计算机有独特优势。传统计算机中1个比特在某个时间只能是0或1中的一个状态，而在量子计算机里，由于量子叠加态的存在，1个量子比特可同时记录0和1两个状态。因此，量子计算机拥有计算能力远超传统计算机的潜力。但目前人类能同时操纵的量子比特还不多，量子计算机尚未走向大规模实用。

在量子计算赛道，谷歌、微软、英特尔等西方科技企业拥有先发优势，通过不同技术路径不断实现对更多量子比特的操纵。去年10月，谷歌研究人员在英国《自然》杂志发表论文称，基于一个包含54个量子比特的量子芯片开发了量子计算系统，它花费约200秒完成的任务，传统超级计算机要1万年才能完成。这在当时被称作实现了“量子霸权”，即让量子计算机在某个特定问题上的计算能力超过传统计算机，但也有一些业界人士对相关细节提出疑问。

中国研究人员也在量子计算方面奋起直追。中国科学技术大学、清华大学等高校近年来都在量子计算领域取得一些阶段性成果。百度、阿里巴巴、腾讯、华为等科技企业也相继出台了量子计算研究计划。今年9月，百度、本源量子等企业先后发布了自己的最新量子计算云平台，使普通用户也能通过云技术使用量子计算。

虽然量子计算机距离大规模普及还有很长的路要走，但相关前景广阔。段润尧说：“量子计算将极大促进当前人工智能及其应用的发展，深刻地改变包括基础教育在内的众多领域。特别是，借助于量子计算技术，人类对于微观世界的认识以及宏观世界的探索将得到极大扩展，从而引发人类思维能力的根本性提升。”

关键词： 量子科技 战略布局 现状