上周末，中共中央政治局就量子科技進(jìn)行集體學(xué)習(xí)刷爆了網(wǎng)絡(luò)！

會議指出要加快發(fā)展量子科技，保證對量子科技領(lǐng)域的資金投入。會議上習(xí)近平指出，量子科技將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。要系統(tǒng)總結(jié)我國量子科技發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn)，借鑒國外的有益做法，深入分析研判量子科技發(fā)展大勢，找準(zhǔn)我國量子科技發(fā)展的切入點(diǎn)和突破口，統(tǒng)籌基礎(chǔ)研究、前沿技術(shù)、工程技術(shù)研發(fā)，培育量子通信等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，搶占量子科技國際競爭制高點(diǎn)，構(gòu)筑發(fā)展新優(yōu)勢。

為什么這次學(xué)習(xí)引起了眾多媒體的關(guān)注，一般來說，在重磅會議上集體學(xué)習(xí)并發(fā)表講話的都是國家近年將重點(diǎn)扶持的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)方向。比如，2018年的人工智能和2019年的區(qū)塊鏈。

毫無疑問，量子科技將是下一個(gè)大風(fēng)口。

“量子科技”上升為國家戰(zhàn)略？

那量子科技又是什么？量子信息技術(shù)是量子物理與信息科學(xué)交叉的新生學(xué)科，其物理基礎(chǔ)是量子力學(xué)。而量子力學(xué)則是在1920年由愛因斯坦等科學(xué)家首次創(chuàng)立，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)彼時(shí)的物理理論解釋不了光的波動和熱學(xué)中的能量分布問題，于是當(dāng)時(shí)的物理大神們齊聚到比利時(shí)布魯塞爾開會討論，在兩位遠(yuǎn)古大神愛因斯坦和玻爾進(jìn)行了數(shù)回合“唇槍舌劍”之后，偉大的量子力學(xué)誕生了！

上圖是當(dāng)時(shí)的與會人員，據(jù)說平均智商150以上，每一個(gè)都是大家中學(xué)和大學(xué)時(shí)的噩夢，愛因斯坦、玻爾、洛倫茲、德布羅意、居里夫人、普朗克、薛定諤……

一百年里，量子力學(xué)催生了許多重大發(fā)明，如原子彈、激光、晶體管、核磁共振、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。

進(jìn)入21世紀(jì)，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(jì)算、量子通信和量子測量等一批新興技術(shù)，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。

目前主要有四個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域：量子通信、量子計(jì)算、量子模擬、量子傳感和計(jì)量，最具代表性的是量子通信和量子計(jì)算，這也是世界主要科技大國重點(diǎn)搶占的戰(zhàn)略技術(shù)高地。

歐盟：2018年10月，由歐盟委員會資助歐洲量子技術(shù)旗艦計(jì)劃開始施行，該計(jì)劃將歷時(shí)十年，預(yù)算為10億歐元。歐盟DG CONNECT副總干事Khalil Rouhana在去年10月發(fā)表的博客中直言：“歐洲的未來屬于量子領(lǐng)域”。

日本：2020年1月21日，日本政府為推動量子計(jì)算機(jī)和量子加密通信的早期引進(jìn)，敲定了“量子技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略”。到2020年度將投入35億日元，在情報(bào)通信研究機(jī)構(gòu)設(shè)置量子加密通信的研發(fā)基地。日本電子巨頭東芝公司今日表示，到2030年，公司將從其用于數(shù)據(jù)保護(hù)的先進(jìn)加密技術(shù)中獲得30億美元收入。東芝采用的這項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)方案為量子密鑰分發(fā)（QKD）技術(shù)，它利用量子物理學(xué)的性質(zhì)為兩個(gè)遠(yuǎn)程方提供加密密鑰，從而能夠避免其受到量子計(jì)算機(jī)驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)攻擊。日本東芝公司預(yù)計(jì)，隨著量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，全球量子密鑰分發(fā)(QKD)市場將在10年內(nèi)增長至120億美元，東芝將占有全球四分之一以上的市場份額。

美國：2020年10月7日，美國白宮量子協(xié)調(diào)辦公室發(fā)布了《國家量子信息科學(xué)戰(zhàn)略投入的量子前沿報(bào)告》，報(bào)告指出：美國絕不容忍在量子科技領(lǐng)域落后，為了確保能夠在量子領(lǐng)域領(lǐng)先世界，美國將加大資金投入，建立量子互聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)儲備一支量子人才隊(duì)伍！

1、量子通信——是我國唯一不受美國任何限制的技術(shù)

量子通信是利用量子力學(xué)相關(guān)原理解決信息安全問題的通信技術(shù)。其中一個(gè)著名原理就是量子糾纏，兩個(gè)處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應(yīng)”，無論相隔多遠(yuǎn)，一個(gè)量子狀態(tài)變化，另一個(gè)也會隨之改變。

目前我國量子通信技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新成果走在世界前列，屬于國際第一梯隊(duì)。量子通信是我國幾乎唯一不受美國任何限制的技術(shù)，也是迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是無條件安全的通信方式，與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比，具有極高的安全性、保密性、信息傳遞效率與抗干擾性能，被認(rèn)為是下一代通信領(lǐng)域的支撐性技術(shù)。產(chǎn)業(yè)應(yīng)用場景也十分廣泛，包括網(wǎng)絡(luò)信息安全、量子通信干線、量子城域網(wǎng)、金融、國防等方面。

我國量子通信技術(shù)近年來亦取得多項(xiàng)突破性進(jìn)展，如2016年發(fā)射了自主研制的世界上首顆空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，2017年全球首條量子保密通信骨干網(wǎng)“京滬干線”項(xiàng)目通過總技術(shù)驗(yàn)收。

2019年，《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》提出在長三角地區(qū)將建設(shè)覆蓋16個(gè)主要城市、1013公里的量子保密干線環(huán)網(wǎng)，并在城市群內(nèi)廣泛開展量子通信應(yīng)用試點(diǎn)。2020年10月，國科量子通信網(wǎng)絡(luò)有限公司先后和文昌國際航天城管理局、中國廣電下屬中國有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司簽署合作協(xié)議，將在海南打造全球第一條“星地一體”環(huán)島量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)顯示，2017年，中國量子通信行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到180億元，到2018年將達(dá)到320億元左右，預(yù)計(jì)到2024年能夠達(dá)到912億元。

2、量子計(jì)算——中國有望彎道超車！

量子計(jì)算一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式，與傳統(tǒng)計(jì)算理論不同，它的運(yùn)行基于量子比特，利用量子疊加和量子糾纏等獨(dú)特的量子效應(yīng)進(jìn)行信息處理，可以極大提高計(jì)算效率，并克服了成本問題，將是邁向強(qiáng)人工智能的重要道路。其影響規(guī)?？筛采w金融、醫(yī)藥、材料、生物技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全、人工智能等眾多領(lǐng)域。

在量子計(jì)算上，谷歌、微軟、英特爾等西方科技企業(yè)擁有先發(fā)優(yōu)勢。去年谷歌公布了最新研制的53量子比特的超導(dǎo)量子芯片，首次實(shí)現(xiàn)了“量子霸權(quán)”，所謂量子霸權(quán)是指量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力超過人類最強(qiáng)的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，根據(jù)推算，如果量子計(jì)算機(jī)可以操縱49個(gè)量子比特即可實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)。世界第一超算Summit需要大約1萬年來完成的計(jì)算，量子計(jì)算機(jī)需要多久？谷歌研究人員給出答案：3分20秒。在量子計(jì)算機(jī)面前，我們曾經(jīng)引以為豪的超級計(jì)算機(jī)，就相當(dāng)于以前的算盤，顯得笨重又古老！

谷歌的量子計(jì)算系統(tǒng)

我國科技公司相比于美國等進(jìn)入量子計(jì)算領(lǐng)域的時(shí)間較晚，在量子處理器研制和量子計(jì)算應(yīng)用方面與美國相比仍有較大差距。但近年來通過與科研院所合作等方式，已開始在量子計(jì)算各方面布局。行業(yè)領(lǐng)軍公司和研究機(jī)構(gòu)包括：阿里巴巴、百度、騰訊、華為、本源量子、中國科學(xué)院、清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、南京先楊劍量子計(jì)算機(jī)研究院等等 。 

近日知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)業(yè)媒體IPRdaily與incoPat創(chuàng)新指數(shù)研究中心發(fā)布的一項(xiàng)全球量子計(jì)算技術(shù)發(fā)明專利排行榜顯示，入榜企業(yè)前六位都被美國公司占領(lǐng)，來自中國的量子計(jì)算公司本源量子以77項(xiàng)專利排名第七，排在IBM、DWave、谷歌、微軟、Northrop Grumman、英特爾之后。美國公司在榜單中占比高達(dá)43%，中國公司占比12%。盡管中國包括阿里巴巴、騰訊、百度和華為在內(nèi)的科技巨頭都在布局量子計(jì)算，但是發(fā)展尚處于初期階段。

不過，讓美國人意外的是，最近幾年中國在量子計(jì)算方面進(jìn)展迅速，以潘建偉團(tuán)隊(duì)的陸朝陽教授為代表的中國學(xué)者，提出了另外一條技術(shù)路線--光量子，并在2017年研制出世界首臺實(shí)體光量子計(jì)算機(jī)，去年該團(tuán)隊(duì)又在國際上首次實(shí)現(xiàn)了20光子的量子計(jì)算，其復(fù)雜度相當(dāng)于48個(gè)量子比特，接近“量子霸權(quán)”！

根據(jù)媒體消息，2020年10月6日，美國物理學(xué)會將2021年度“蘭道爾—本內(nèi)特量子計(jì)算獎(jiǎng)”授予中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸朝陽教授，表彰他“在光學(xué)量子信息科學(xué)，特別是在固態(tài)量子光源、量子隱形傳態(tài)和光量子計(jì)算方面的重要貢獻(xiàn)”，值得注意的是，這是該獎(jiǎng)項(xiàng)誕生以來首次頒發(fā)給中國學(xué)者。

陸朝陽1982年出生于浙江東陽，2000年考入中科大。本科畢業(yè)后，他被保送進(jìn)入微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室，師從潘建偉從事光量子信息方面的研究工作。2007年，24歲的他作為第一作者在國際上首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了六光子糾纏“薛定諤貓態(tài)”和“簇態(tài)”，刷新了光量子糾纏的兩項(xiàng)世界記錄。該工作隨后入選了兩院院士評選的年度中國科技十大進(jìn)展新聞。同年，陸朝陽在國際上首次用光子實(shí)現(xiàn)了量子大數(shù)分解算法。

對于量子計(jì)算市場，波士頓咨詢預(yù)測稱，保守估算，到2035年，量子計(jì)算市場將達(dá)到20億美元。到2050年，市場規(guī)模將飆升至2600億美元。如果物理量子位的錯(cuò)誤率這一瓶頸能夠克服，錯(cuò)誤率顯著降低，那么到2035年，量子計(jì)算市場規(guī)模將達(dá)到600億美元，并在2050年增加到2950億美元。

雖然目前人類還未完全掌握量子信息的所有規(guī)律，但是全球的科學(xué)家一致認(rèn)為，21世紀(jì)最偉大的成就必定與量子通信和量子計(jì)算有關(guān)。總體而言，我國已經(jīng)具備了在量子科技領(lǐng)域的科技實(shí)力和創(chuàng)新能力，但同時(shí)我國量子科技發(fā)展仍然存在短板，發(fā)展面臨多重挑戰(zhàn)，尤其是在關(guān)鍵核心技術(shù)和關(guān)鍵領(lǐng)域能否實(shí)現(xiàn)自主可控方面挑戰(zhàn)巨大。

附：量子科技概念一覽

注：以上內(nèi)容僅供參考，不構(gòu)成投資建議！

七禾研究 翁建平編輯整理

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