量子科技：中國按下“快進鍵”

科技輿情分析研究所

焦點縱橫

近年來，量子科技發展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域。加快發展量子科技，對促進高質量發展、保障國家安全具有非常重要的作用。

自從問世以來，量子科學已經先后孕育出原子彈、激光、核磁共振等新技術，成為20世紀最重要的科學發現之一。進入21世紀，量子科技革命的第二次浪潮即將來臨。

第二次量子科技革命將催生量子計算、量子通信和量子測量等一批新興技術，將極大地改變和提升人類獲取、傳輸和處理信息的方式和能力。

人類對量子世界的探索已經從單純的“探測時代”走向主動“調控時代”。

搶抓發展機遇，中國量子崛起

在量子科技領域，一場激烈的競賽正在展開。量子通信、量子計算、量子測算……如今，量子科技已成為全球科技大國集中發力的新一輪科技革命和產業變革前沿陣地。搶抓量子科技發展機遇，中國已按下“快進鍵”。

2016年8月，中國發射了自主研制的世界上首顆空間量子科學實驗衛星——“墨子號”。《自然》雜志曾評價道，在量子通信領域，中國用了不到10年的時間，由一個不起眼的國家發展成為現在的世界勁旅，將領先于歐洲和北美。

量子通信是各國優先發展的重點量子科技領域。傳統的通信方式中，加密方式依靠的是計算的“復雜性”，有被竊聽的風險。而量子的獨有特性，使其具有不可克隆、測不準等“先天優勢”。用量子做成的“密鑰”來傳遞信息，加密的內容不會被破譯，竊聽者必然會被“抓包”。量子通信因此被看作信息安全傳輸的“保護盾”，為破解信息加密“瓶頸”提供了解決方案。

近年來，中國量子通信技術取得多項突破性進展。“墨子號”的發射為通過太空“量子傳密”提供了可能。與此同時，中國科研人員還利用量子衛星在國際上率先成功實現了千公里級的星地雙向量子糾纏分發等成果。2017年，全球首條量子保密通信骨干網“京滬干線”項目通過總技術驗收。

今年，中國科學家在量子通信領域同樣取得諸多成果。

3月，中國科學技術大學潘建偉團隊等研究人員實現了500公里級真實環境光纖的雙場量子密鑰分發和相位匹配量子密鑰分發，傳輸距離達到509公里，創造了新的世界紀錄。

5月，中國科研團隊在國際物理學權威期刊《現代物理評論》上發表論文，系統闡述了量子密碼的原理、理論和實驗技術，為量子密碼的廣泛應用以及標準化制定奠定了基礎。

9月，郭光燦院士團隊與奧地利同行合作，首次實現了高保真度的32維量子糾纏態，顯著提高了量子通信的信道容量，創造了當前世界最高水平。

與傳統計算機相比，量子計算機有獨特優勢。如果計算機操縱的量子數目增多，就會以指數級增長提升計算機的運算速度，計算能力潛力巨大。

隨著運算能力的提升，社會生活的諸多領域都有望迎來“革命”——提高農作物產量、指導科學的城市交通規劃、促進新藥研發、實現高精度的天氣預報……專家表示，量子計算將極大促進當前人工智能及其應用的發展，深刻地改變包括基礎教育在內的眾多領域。

近年來，在量子計算領域，世界各個科技發達國家群雄逐鹿，IBM、谷歌、微軟等企業你追我趕，通過不同技術路徑實現對更多量子比特的操縱。去年10月，谷歌研究人員在《自然》雜志發表論文稱，已成功演示“量子霸權”，讓量子系統花費約200秒完成傳統超級計算機要1萬年才能完成的任務。

中國在量子計算領域整體上與發達國家處于同一水平線，多支科研團隊取得了階段性成果。去年年底，潘建偉等學者與德國、荷蘭的科學家合作，在國際上首次實現了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣量子計算，在四大關鍵指標上均大幅刷新國際紀錄，逼近實現量子計算研究的重要目標“量子霸權”。

而在企業方面，百度、阿里巴巴、騰訊、華為等科技企業也相繼出臺了量子計算研究計劃。今年9月，中國企業自主研發的6比特超導量子計算云平臺正式上線，全球用戶可以在線體驗來自中國的量子計算服務。

各國競爭激烈，爭奪技術制高點

當前，在量子科技領域整合科技資源、集中力量突破，已在主要發達國家中形成廣泛共識。歐美發達國家的政府、科研機構和產業資本正在加速進行戰略部署，大幅度增加研發投入，量子科技領域的國際競爭日益激烈。

全球主要科技強國均出臺了國家層面的量子信息技術戰略計劃。美國正在建設量子網絡；英國建成了連接布里斯托、劍橋等地的量子網絡，并聯合新加坡啟動了量子衛星項目；德國、法國等19個歐盟成員國簽署了未來10年開發和部署歐盟范圍內量子通信基礎設施的聲明。

在歐洲，歐盟早在2016年就宣布將量子技術作為新的旗艦科研項目，迎接“第二次量子革命”。德國日前表示，計劃在2021年建成該國首臺量子計算機，并在5到10年后推動相關新技術在工業領域的應用。

美國于2018年啟動“國家量子行動法案”，全方位加速量子科技的研發與應用。今年7月，美國能源部公布了量子互聯網發展的戰略藍圖，提出要確保美國處于全球量子競賽的前列，引領通信新時代。隨后將成立5個專注于量子信息科技的研究中心。近日，美國還開通了國家量子協調辦公室網站，并發布了聚焦八大研究領域的《量子前沿報告》。

日本為了加強科技實力，今年宣布對其文部科學省機構進行大幅調整，加速基礎研究和國際競爭日益激烈的前沿技術的研發工作。設置專門機構推動科研工作，對包括量子技術在內的新興領域進行統一管理。10月19日，日本東芝宣布將推出通過現有光纖線路提供“量子加密通信”的服務。這種服務不用鋪設專用線路，有助于量子加密通信的普及。

近年來，我國科技工作者在量子科技上奮起直追，取得了一批具有國際影響力的重大創新成果。經過30多年努力，中國已崛起為國際量子科研版圖上的重要力量，在多個戰略方向上實現領跑或進入第一陣營。

市場前景廣闊，美好未來可期

從目前的發展情況來看，量子計算還處于原型機研發階段，技術上仍面臨多項挑戰，距離技術成熟還有很長的一段路要走，但是一旦技術得到突破，那么市場前景將會異常的廣闊。波士頓咨詢預測稱，保守估算，到2035年，量子計算市場將達到20億美元。到2050年，市場規模將飆升至2600億美元。

對于量子通信市場，從長期來看，產業應用場景十分廣泛，包括網絡信息安全、量子通信干線、量子城域網、金融、國防和科教應用等方面。若僅考慮量子干線以及量子城域網的建設，量子通信建設投資規模有望達到百億級別。考慮長期在國防、金融、政府等領域的廣泛應用，量子通信整體市場規模有望超過千億。前瞻產業研究院的數據顯示，2018年，中國量子通信行業市場規模達到320億元左右，預計到2024年能夠達到912億元。

量子科技正進入“產業化前夜”，通過促進產學研協同創新，未來將為人們生活增添無限可能。