从量子通信到量子计算 中国量子信息技术如何“量”力前行
量子信息技术方兴未艾。
新华社合肥5月10日消息，中共中央政治局常委、国务院总理李强5月10日在安徽调研。李强首先来到中国科学院量子信息与量子科技创新研究院，听取研究院建设发展情况汇报，详细了解重点领域科研进展，与科研人员交流。
李强强调，当今世界科技创新日新月异，要准确把握科技前沿动向和发展态势，进一步加强前瞻性布局，快人一拍、抢占先机，掌握更多发展主动权。
新兴产业与未来产业代表科技革命和产业变革的方向，量子技术就是其中之一。今年政府工作报告指出，充分发挥创新主导作用，以科技创新推动产业创新，加快推进新型工业化，提高全要素生产率，不断塑造发展新动能新优势，促进社会生产力实现新的跃升。在积极培育新兴产业和未来产业方面，提到开辟量子技术、生命科学等新赛道。
量子信息技术是以量子力学原理为基础，通过对微观量子系统中物理状态的制备、调控和观测，实现信息感知、计算和传输的全新信息处理方式。目前主要有量子通信、量子计算和量子精密测量三个研究领域。其中，量子保密通信是最先进入实用化阶段、发展最为成熟的量子信息技术，中国当前量子通信市场规模超800亿元。
中国科学院院士、中国“量子之父”潘建伟近期也公开表示，量子技术正在不断形成新的科学前沿，激发革命性的科技创新，孕育对人类社会产生巨大影响的颠覆性技术。
中国量子技术已实现部分领跑
潘建伟表示，经过20余年的努力，中国整体上已经实现了从跟踪、并跑到部分领跑的飞跃，在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位，在量子计算方面处于国际第一方阵，在量子精密测量部分方向上处于国际领先或先进水平。
据中国科学院量子信息与量子科技创新研究院介绍，量子通信有两种最典型的应用，分别是量子密钥分发和量子隐形传态。量子密钥分发（QKD）是指利用量子态来加载信息，通过一定的协议产生密钥。量子力学基本原理保证了密钥的不可窃听，从而实现原理上无条件安全的量子保密通信。量子隐形传态是指利用量子纠缠来直接传输微观粒子的量子状态（即量子信息），而不用传输这个微观粒子本身，是量子中继的重要环节。而量子中继是实现远距离量子密钥分发的重要途径，因此国际学术界将量子密钥分发和量子隐形传态统称为量子通信。
目前，国内外均有量子通信技术落地，美国、欧洲、中国等国家已经建立了量子通信网络，其中，中国的量子通信网络基础设施规模最大、传输总距离最长，并且实现了地空连接，网络覆盖面积最大。中国城域城际量子通信网络技术已初步满足实用化要求，总里程超过10000公里的国家量子骨干网已全线贯通，覆盖京津冀、长三角、粤港澳、成渝等重要区域。卫星量子通信方面，中国研制并发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，率先实现星地量子通信。
安徽省量子信息工程技术研究中心主任、科大国盾量子技术股份有限公司（国盾量子，688027）副总裁唐世彪对澎湃新闻表示，量子通信的发展目标是构建全球范围的广域量子通信网络体系，可以分为三步：利用光纤构建城域量子通信网络、通过中继器链接邻近两个城市的城际量子通信网络、通过卫星平台的中转链接遥远区域之间的量子通信网络。中国未来要基于不断完善的量子保密通信网络，推动更多单位参与应用落地与开发，让量子通信技术便捷、快速地与经典信息安全技术融合，服务政务、医疗、金融等领域。
量子计算方面，相较于传统的计算机，最大的特征就是特定问题上速度快、算力高，具有更高效的计算能力和运算速度。据国盾量子专家介绍，在某些特定情况，在量子计算机上4小时能够完成的计算任务，用目前最快的超级计算机需要5万年左右时间。
中国是目前唯一在光学和超导两种物理体系都达到“量子计算优越性”里程碑的国家。中国构建的76光子光量子计算原型机“九章”，在国际上首次在光量子体系实现“量子计算优越性”里程碑……在超导量子体系，中国先后构建了62比特超导量子计算原型机“祖冲之号”和66比特的“祖冲之二号”，在超导量子体系实现“量子计算优越性”。
唐世彪介绍称，量子计算包括光量子、超导、离子阱、中性原子等众多技术路线。其中，超导技术路线最为瞩目，IBM、谷歌等巨头均进行了布局。
他表示，作为未来计算能力跨越式发展的重要方向，量子计算未来有望在密码破译、天气预测、生物制药等领域发挥巨大作用。当前量子计算处在多种技术路线并存的早期探索阶段，基本都沿着“量子计算优越性-专用量子计算-通用量子计算”的路线图发展，实现大规模可容错通用量子计算仍需长期努力。
潘建伟也认为，所有量子计算原型机的硬件性能离解决有价值的实际问题都还存在相当的差距。
量子精密测量则是基于对光子和冷原子等微观粒子系统的调控和观测，实现对时间、磁场、重力场等多种物理量信息的超高精度测量，可实现物理量测量和信息获取的精度、分辨率、稳定度等性能指标的进一步提升。
中国2022年就首次在国际上实现百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验，时间传递稳定度达到飞秒量级，频率传递万秒稳定度优于4E-19（相当于时钟约一千亿年的误差不超过一秒），精度达到E-19（10的负19次方）水平。值得一提的是，当全球尺度时频传递的稳定度达到E-18量级时，就可形成新一代的“秒”定义，中国的这项科研成果也促使国际计量大会将在2026年讨论“秒”的重新定义。
潘建伟团队基于光梳技术成功实现自由空间中相距113公里的时频传递
全球竞争加速，中国如何发力?
量子信息在中国属于战略新兴产业，目前企业主要分布在京津冀、长三角等地。各部委近年来出台了一系列相关政策，自2016年起两会政府工作报告均提及量子信息科技；2024年两会期间，国务院国资委指出，2025年中央企业战略性新兴产业收入的占比要达35%，在量子信息等方面提前布局。
据银河证券研报，全球量子信息企业中，欧美占比超过60%，中国占比约30%。其中，量子通信领域中国相关企业数量最多。美国包括IBM、谷歌、英特尔、微软、亚马逊等巨头成立的研发部门，以及众多初创企业在硬件、软件、算法等领域开展创新。中国华为、百度、腾讯等企业近年来也相继成立量子实验室积极布局，但相对美国科技企业而言投入推动力度仍较为有限。
全球量子信息企业中欧美占比超60%
欧美近年来也在不断增加量子技术的投入。2018年，美国启动为期10年的《国家量子行动法案》，欧盟正式实施“量子技术旗舰项目”；2023年3月，英国发布《国家量子战略》，将在2024到2034年间提供25亿英镑的政府投资，并吸引至少10亿英镑的额外私人投资；2023年12月，美国发布《国家量子倡议》（NQI）补充报告，将延续资助至2028年；同月，欧盟发布关于量子技术的联合宣言，认可量子技术对欧盟科学和工业竞争力的战略重要性，法国、比利时、克罗地亚、希腊、芬兰、斯洛伐克、斯洛文尼亚、捷克共和国、马耳他、爱沙尼亚和西班牙等11国签署该宣言；今年4月，欧盟委员会启动新一轮“地平线欧洲”项目征集，支持资金总额超过1.12亿欧元（约8.67亿元人民币），主要面向人工智能（AI）与量子技术领域的前沿性项目。
从科研基础来看，中国论文及专利主要来自高校和科研院所，而欧美量子信息领域研究专利中，科技企业申请数量占据主导，产业界的创新引领作用较强，中国科技成果仍需进一步向产业转化。目前，量子信息属于中国战略新兴产业，受到产业政策持续支持。2023年全球量子信息投资规模达到386亿美元，其中中国投资总额达150亿美元，占比位居全球前列。伴随中国量子信息企业数量和投融资规模的不断增长，量子关键核心技术攻关和产业化水平有望持续推进。
国际学术界一般认为实现通用量子计算机仍需10年甚至更长时间
国泰君安证券研报指出，量子信息技术是一次颠覆性的技术创新，预计2028年有望出现可以投入商用的专用量子计算机。
量子通信方面，由于传输速率有限，更适合传输信息量小、对保密性要求高的应用场合，因此金融、政府、军队成为第一批量子通信客户。潘建伟认为，量子保密通信当前是加强应用推广，推动构建中国自主的信息安全体系、形成比较优势的良好时机。
唐世彪也向澎湃新闻表示，量子保密通信网络有着信息基础设施的特性，相关技术又有明确的应用导向。因此只有量子保密通信网络不断扩大，才能吸纳下游行业和领域的用户接入使用；行业应用和用户不断扩展，也才能促进量子保密通信网络的建设，这样才能形成“网络建设-接入应用-网络扩容”的良性循环。对于新技术最好的鼓励就是“出现一批有远见的用户”，在信息安全等级要求较高的领域鼓励“先行先试”，形成可复制推广的应用场景。
此外，他认为量子信息技术也有一些共性挑战。比如，作为未来产业，技术及产品的有关标准需要从零开始，而标准化又是量子信息技术从实用化走向产业化规模应用的必由之路。
“我们必须坚持道路自信和战略定力，在各级主管部门指导下，团结科研界及产业界力量推动国内外有关标准制定。”唐世彪表示，目前中国科大、中国信通院、济南量子院、国盾量子等已积极参与，中国在量子通信标准体系建设方面一路领跑，形成了初步的安全测评能力。同时，量子计算、量子测量首批国家标准也已发布。
此外，唐世彪还表示，对于信息安全高度敏感的领域，需要提前布局量子密钥分发等能够抵抗量子计算的加密手段，从而预防关键数据面临“先存储、后破解”的风险。
对于大众而言，量子通信会使信息传递更加安全、个人隐私保护得到加强，“量子密话”“国盾密语耳机”等量子安全应用产品已经推出。另一方面，相关的教育和就业机会也可能会增多，需要提升相关科学素养和就业技能。
(来源:天天基金网)
