來源：人民郵電報(bào)
作者：曾婭、沈勁松
今年的政府工作報(bào)告中，“量子科技”作為信息通信領(lǐng)域的熱詞被兩次提及。從基礎(chǔ)研究、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、示范應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)培育，量子科技領(lǐng)域的科技創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，形成量子產(chǎn)業(yè)生態(tài)，對于提高生產(chǎn)力水平、發(fā)展量子新質(zhì)生產(chǎn)力具有重要戰(zhàn)略意義。
量子科技涵蓋量子通信、量子計(jì)算、量子精密測量三大方向。在合肥召開的2024量子科技和產(chǎn)業(yè)大會上，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉表示：“我國在量子通信領(lǐng)域占據(jù)國際引領(lǐng)地位，在量子計(jì)算領(lǐng)域處于國際第一方陣，在量子精密測量領(lǐng)域部分方向處于國際領(lǐng)先或先進(jìn)水平。”
潘建偉院士作量子通信專題報(bào)告
圖片來源：極弱磁場重大科技基礎(chǔ)設(shè)施研究院
量子通信：未來自主可控信息安全生態(tài)的重要保障
基于量子密鑰分發(fā)的量子通信是迄今唯一原理上無條件安全且可實(shí)用化的通信方式。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，“祖沖之號”量子計(jì)算常務(wù)副總指揮及“墨子號”衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用總師彭承志向記者解釋：“量子密鑰分發(fā)是指利用量子態(tài)來加載信息，通過一定的協(xié)議產(chǎn)生密鑰。量子力學(xué)的基本原理保證了密鑰的不可竊聽或破譯，從而實(shí)現(xiàn)安全的量子保密通信。量子通信是最先走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化的量子技術(shù)?！睋?jù)了解，中國電信已推出全球首個(gè)運(yùn)營商級量子安全即時(shí)通訊與辦公平臺——量子密信，獲得最高安全級別的“卓越級”認(rèn)證，在黨政軍企多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。
彭承志表示：“近年來全球量子計(jì)算的發(fā)展呈現(xiàn)明顯加速態(tài)勢，對基于公鑰密碼體制的信息安全提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，需加快建設(shè)抗量子計(jì)算的新型信息安全基礎(chǔ)設(shè)施。量子通信作為抗量子計(jì)算新型信息安全基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，將充分發(fā)揮基石作用，保障國家安全?！蹦壳?，中電信量子信息科技集團(tuán)有限公司已在全球首創(chuàng)QKD與PQC融合的分布式密碼系統(tǒng)，構(gòu)建縱橫相連、跨域互通的量子密碼基礎(chǔ)設(shè)施（QCI），為我國關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施等提供后量子時(shí)代安全保障。
量子通信的發(fā)展目標(biāo)是構(gòu)建全球范圍的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系。2016年8月，我國發(fā)射世界上首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，在國際上率先實(shí)現(xiàn)了星地量子通信；2016年底，國際上首條遠(yuǎn)距離光纖量子保密通信骨干網(wǎng)“京滬干線”全線貫通，結(jié)合“墨子號”與“京滬干線”，我國率先構(gòu)建了天地一體化廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的雛形，成為國際量子信息研究領(lǐng)域的重大標(biāo)志性事件；2025年3月，我國在國際上首次實(shí)現(xiàn)量子微納衛(wèi)星與小型化、可移動地面站之間的實(shí)時(shí)星地量子密鑰分發(fā)，這是我國首次實(shí)現(xiàn)上萬公里星地量子通信。記者了解到，目前中國電信已在合肥、上海、北京、廣州等15個(gè)重點(diǎn)城市建設(shè)量子城域網(wǎng)，初步提供全國縱橫相連、跨域互通的服務(wù)能力，構(gòu)建全球領(lǐng)先的量子安全能力底座?！坝辛诉@張網(wǎng)，可以承載更多應(yīng)用場景，把量子安全技術(shù)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。”彭承志介紹。
2016年8月16日1時(shí)40分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運(yùn)載火箭成功將世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空
圖片來源：新華網(wǎng)
“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”和“京滬干線”示意圖
圖片來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
量子微納衛(wèi)星“濟(jì)南一號”星地量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)示意圖
圖片來源：央視新聞
量子計(jì)算：后摩爾時(shí)代計(jì)算能力提升的解決方案
量子計(jì)算是基于量子力學(xué)的全新計(jì)算模式，具有原理上遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算的強(qiáng)大并行計(jì)算能力。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)使用0或者1的比特來存儲信息不同，量子計(jì)算以量子比特作為信息編碼和存儲的基本單元，計(jì)算能力隨量子比特?cái)?shù)目增加呈指數(shù)增長。
彭承志告訴記者，目前國際學(xué)界主流觀點(diǎn)認(rèn)為，量子計(jì)算發(fā)展需經(jīng)歷“三步走”：第一步是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性，即針對特定問題的計(jì)算能力超越經(jīng)典超級計(jì)算機(jī)；第二步是研制可操縱數(shù)百個(gè)量子比特的量子模擬機(jī)，解決一些超級計(jì)算機(jī)無法勝任、具有重大實(shí)用價(jià)值的問題；第三步是大幅提高量子比特的操縱精度、集成數(shù)量和容錯能力，研制可編程的通用量子計(jì)算機(jī)。
量子計(jì)算優(yōu)越性像個(gè)門檻，驗(yàn)證了量子計(jì)算機(jī)超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的可行性，是量子計(jì)算具備應(yīng)用價(jià)值的前提條件，也是一個(gè)國家量子計(jì)算研究實(shí)力的體現(xiàn)。中國是目前世界上唯一在超導(dǎo)量子和光量子兩種物理體系上都實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的國家。2025年3月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建105比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)“祖沖之三號”，處理“量子隨機(jī)線路采樣”問題的速度比目前國際最快的超級計(jì)算機(jī)快千萬億倍，再次打破超導(dǎo)體系量子計(jì)算優(yōu)越性世界紀(jì)錄。
“祖沖之三號”超導(dǎo)量子計(jì)算芯片示意圖
圖片來源：央視新聞
彭承志表示，量子計(jì)算未來可為密碼分析、人工智能、氣象預(yù)報(bào)、資源勘探、藥物設(shè)計(jì)等所需的大規(guī)模計(jì)算難題提供解決方案，其中量子計(jì)算云平臺是量子計(jì)算走向應(yīng)用的重要一步。記者了解到，美國IBM、Google、Amazon等科技巨頭從2016年開始布局量子計(jì)算云平臺，其主導(dǎo)的量子計(jì)算云平臺均拒絕中國科研人員訪問使用。中國電信“天衍”量子計(jì)算云平臺積極打破這種技術(shù)封鎖，上線后接入由一臺24比特、兩臺176比特和一臺504比特量子計(jì)算機(jī)組成的國內(nèi)最大規(guī)模的量子計(jì)算集群，作為具備“量子優(yōu)越性”能力的超量融合云平臺，填補(bǔ)我國融合量子云服務(wù)空白。目前“天衍”量子計(jì)算云平臺面向全球開放，訪問量已突破2100萬，涵蓋海內(nèi)外50多個(gè)國家的用戶，提交的實(shí)驗(yàn)任務(wù)數(shù)超過140萬次。
天衍-504
圖片來源：中國電信
量子精密測量：測量精度突破經(jīng)典技術(shù)極限
量子精密測量是利用量子力學(xué)規(guī)律，特別是基本量子體系的一致性，對一些關(guān)鍵物理量進(jìn)行的高精度與高靈敏度的測量。利用量子精密測量方法，人們在時(shí)間、頻率、加速度、電磁場等物理量上可以獲得前所未有的測量精度。正是由于量子調(diào)控與量子信息技術(shù)的發(fā)展，2018年第26屆國際計(jì)量大會正式通過決議，從2019年開始實(shí)施新的國際單位定義，從實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)向量子計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，這標(biāo)志著精密測量已經(jīng)進(jìn)入量子時(shí)代。
近年來，我國在量子精密測量方面不斷追趕國際先進(jìn)水平，技術(shù)突飛猛進(jìn)，成果斐然。譬如，在原子鐘、量子陀螺儀等方面的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平；在量子雷達(dá)、痕量原子示蹤、弱磁場測量等方面已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，取得了一批國際領(lǐng)先的成果。
隨著相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，一批量子精密測量產(chǎn)品已投入應(yīng)用。以國內(nèi)最早從事量子科技產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)國盾量子為例，其推出的冷原子重力儀已完成了國際首次量子絕對重力組網(wǎng)連續(xù)觀測，成為該領(lǐng)域的“現(xiàn)象級”產(chǎn)品，2024年實(shí)現(xiàn)了9臺整機(jī)銷售，交付多省防震減災(zāi)單位及科研用戶；單光子成像雷達(dá)、深度制冷自由運(yùn)行單光子探測器、自由運(yùn)行單光子探測器等產(chǎn)品也已面向市場進(jìn)行銷售。隨著研究水平的不斷提升和核心競爭力的進(jìn)一步增強(qiáng)，我國量子精密測量領(lǐng)域?qū)⒃诳茖W(xué)研究、經(jīng)濟(jì)生活和國家安全等重大戰(zhàn)略需求中發(fā)揮重要作用。
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