瞭望｜我国量子科技现状如何？会结出哪些产业之果？

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原题《量子科技产业化进行时》

文/《瞭望》新闻周刊记者 徐海涛 周琳 萧海川

　　十年磨一剑，在量子通信产业化道路上走了10年的科大国盾公司，站在了科创板的门槛前。公告显示，2016年到2018年，其营业总收入分别实现2.27亿元、2.83亿元、2.64亿元，扣除非经常性损益后，归属于母公司所有者的净利润分别为2986.41万元、3073.40万元和2300.23万元。

　　这样的数字对于资本市场而言，无疑还很幼小。从这个角度看，量子科技另外两大技术方向量子计算、量子测量的产业化，更如襁褓中的婴儿。

　　量子力学理论诞生于上世纪初，催生了激光、半导体、电脑等改变历史进程的重大产业，史称第一次量子革命。如今，第二次量子革命已经启动，在量子通信、量子计算、量子测量三大方向上会结出哪些产业之果？新产业何时能从涓溪汇成洪流？

　　2016年8月升空的“墨子号”量子科学实验卫星与2017年9月开通的量子通信“京沪干线”，使得中国成为世界量子通信应用的领先者。两者相结合，中国成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信，标志着中国已构建出天地一体化的广域量子通信网络雏形。

　　近年来，全国范围内投入建设的量子保密通信骨干网、城域网，进一步完善了量子通信产业化的基础设施。

　　骨干网有“京沪干线”，覆盖沿线4个省3个直辖市，主要是实现跨省域远程信息传输。城域网方面，自2008年全球首个量子保密电话系统在合肥建成以来，目前已有合肥、济南、上海、北京等城市进行了建设，主要用于市域内不同单位间的通信连接。

　　科大国盾公司在招股书中提到，截至2018年末，国内已建成的实用化光纤量子保密通信网络总长(光缆皮长)已达7000余公里，其中超过6000公里使用了科大国盾提供的产品且处于在线运行状态，占比超过90%。

　　“量子保密通信的基础是物理规律，比如用一个光量子传递信息时，由于单光子已是最小单元，窃听者无法通过截取‘半个光子’来获取信息；而窃听者试图对这个光子的状态进行测量时，量子的测不准原理又导致这个光量子的状态发生改变，这使窃听必然会被发现。”济南量子技术研究院综合规划办公室主任周飞说，尽管现实中还存在一些设备和工程学上的限制，量子通信器件并未严格满足理想条件下BB84协议（国际上首个量子密钥分发协议）要求，但在理论和实验科学家的共同努力下，量子保密通信的现实安全性正在逼近理想系统。

　　技术、资金与基础设施都在快速完善。量子通信行业相关专家介绍，目前量子通信产业化发展还存在两方面制约性问题：

• 一个是行业准入，金融等行业原本有自己的保密标准和资质要求，现在量子保密通信技术要想进入需要过程；

• 第二是成本敏感，虽然量子通信技术具有极高的保密性，但相对传统保密技术目前成本还较高。

　　在量子科技的三大方向中，量子计算是最具想象的一个，被认为将是下一代替代性技术之一，基于量子叠加和量子纠缠效应，量子计算机的计算能力可随量子比特位数的增加呈指数增长。中科院院士郭光灿将量子计算机定义为：一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。

　　理论上，拥有50个量子比特的量子计算机，运算能力就能超过超级计算机“天河二号”。它能够将某些传统计算机需要数万年来处理的复杂问题，在几秒钟内解决。这一超强运算力，让量子计算机为密码分析、气象预报、石油勘探等需要大规模运算的问题提供了解决方案。

图片来源：潘建伟教授PPT

　　但要实现真正意义上的量子计算机太难了。近年国内外一批前沿科研机构和科技巨头公司投入大量资源展开攻关，取得了一系列进展。

　　IBM、英特尔、谷歌公司先后发布了50比特、49比特、72比特的量子计算研究成果，量子比特的数量虽然有较大增长，但量子纠缠操纵精度、相干特性、逻辑门保真度等“质量”指标还有待提高。

　　中国在量子计算的研究方面也处于世界前列。2018年9月，中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟及其团队在国际上首次实现了18个光量子比特纠缠，刷新了所有物理体系中最大量子纠缠态制备的世界纪录。

　　目前，量子计算的产业化主要有两种模式：一种是IBM、谷歌、英特尔这类大公司与科研机构合作推进产业化，一种是以科研机构为主导与企业合作推进产业化。

　　中国多采用第二种模式，如依托郭光灿团队成果转化成立的合肥本源量子计算科技公司，近年成功研发多款量子计算芯片，在量子计算机软硬件方面申请专利约150项。目前，已上线“本源量子计算云服务平台”，推出全球首款半导体量子芯片编程语言“量子音符”（QRunes），成功研制自主知识产权的量子计算机控制系统。

　　“如果把研制量子计算机比喻成一场马拉松，那么现在才跑了几公里，并且到底哪条路通往胜利的终点还未可知。”郭光灿团队成员、我国“超级973”重大科技专项“固态量子芯片”项目首席科学家郭国平说，研制量子计算机是一个系统工程，谁能更好地结合科研与市场的力量，吸引更多的人参与开发应用，是成功的重要因素。

　　相对于量子通信和量子计算，量子测量更少为人知，但它却有望成为“量子科技军团”中走在产业化最前面的那一个。

　　量子测量同样是基于叠加态、纠缠态、相干特性等量子特性，通过对量子态的调控和精确测量，对被测系统的各种物理量执行变换并输出信息，在测量精度、灵敏度和稳定性等方面，相比传统测量技术有明显优势。量子测量主要包括时间基准、惯性测量、重力测量、磁场测量和目标识别五个方向，应用涵盖基础科研、医疗健康、地质勘测、能源开发、灾害预防等领域。

　　以量子精密测量为核心技术的国仪量子（合肥）技术有限公司成立于2016年底，其技术源于中科院院士杜江峰领导的中科大中科院微观磁共振重点实验室。

　　“量子测量可以将测量的精度从宏观尺度缩小到原子量级。”国仪量子公司副总经理张伟说，传统的测量技术最小只能探测到微米量级，而量子技术可以进一步精细千倍、万倍到纳米、亚纳米量级，这种革命性的技术跨越将带来革命性的产品进步。

　　作为走在国内量子测量产业前列的企业，目前国仪量子开发的脉冲式电子顺磁共振波谱仪、钻石单自旋量子精密测量谱仪等产品已在科学研究和医学研究领域进行销售，在能源探测设备研制和电力电网领域进行了合作。其中钻石单自旋量子精密测量谱仪已有数千万元的订单，处于客户翘首以盼的市场供需状态。

　　量子测量产业前景广阔，目前的主要瓶颈在于工程化和工艺水平。“现在量子精密测量和传感设备在体积、功耗等方面尚存不足，一方面需要加大研发投入，另一方面也需要培育一批配套工程企业，形成产业链，共同提高工程和工艺水平。”张伟说。LW

刊于《瞭望》2019年第23期