中國量子科技加快實(shí)現(xiàn)天地一體化(新業(yè)態(tài)新模式之新觀察⑦)

安徽省合肥市高新區(qū)有一條“量子大道”。2公里的云飛路，沿線密集布局著20多家量子關(guān)聯(lián)企業(yè)。本源量子就是其中一家。

張輝是合肥本源量子計(jì)算科技有限責(zé)任公司副總裁。以前，為了融資，他全國到處跑。最近一個(gè)月，各類資本主動找上了門。“一下子來了30家投資機(jī)構(gòu)，我們最終選擇了11家。”張輝向本報(bào)記者說。

找到本源量子的還有各級政府部門。“不少部門來考察調(diào)研，商討研究產(chǎn)業(yè)政策，幫企業(yè)解決實(shí)際困難。”張輝說，這讓他很振奮。

張輝表示，10月16日，中共中央政治局就量子科技研究和應(yīng)用前景舉行第二十四次集體學(xué)習(xí)，推動了中國量子科技發(fā)展的戰(zhàn)略謀劃和前瞻布局，為量子科技營造了更好的發(fā)展環(huán)境。量子科技應(yīng)用迎來了重要發(fā)展機(jī)遇期。

“天知地知 你知我知”

量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值，量子科技領(lǐng)域的國際競爭日益激烈。近年來，歐美發(fā)達(dá)國家先后啟動了量子科技領(lǐng)域的戰(zhàn)略計(jì)劃。目前，中國已經(jīng)具備了在量子科技領(lǐng)域的科技實(shí)力和創(chuàng)新能力。

量子科技的具體應(yīng)用包括量子通信、量子計(jì)算和量子精密測量3個(gè)領(lǐng)域。

量子通信基于量子糾纏原理，即兩個(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。

量子通信之所以受重視，很重要的原因是它能夠?qū)崿F(xiàn)“天知地知、你知我知”。目前，量子通信應(yīng)用方式包括量子密鑰分發(fā)和量子隱形傳態(tài)。量子密鑰分發(fā)是原理上絕對安全的通信手段，在量子密鑰傳輸過程中，竊聽者無法做到既偷聽又不留下痕跡。

在量子通信領(lǐng)域，中國已處于國際領(lǐng)先地位。10月20日，在國務(wù)院新聞辦發(fā)布會上，科技部相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，“十三五”期間，中國涌現(xiàn)出一批高新技術(shù)重大成果。在量子信息技術(shù)方面，“墨子號”和“京滬干線”的實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了首個(gè)天地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形。

2016年8月，中國成功發(fā)射了世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，率先在國際上實(shí)現(xiàn)高速星地量子通信，為構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系打下了基礎(chǔ)。

2020年6月，中國科學(xué)院宣布，“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在國際上首次實(shí)現(xiàn)千公里級基于糾纏的量子密鑰分發(fā)。此次試驗(yàn)中，科學(xué)家們在“墨子號”過境時(shí)，同時(shí)與新疆烏魯木齊南山站和青海德令哈站兩個(gè)地面站建立光鏈路，在地面超過1120公里的兩個(gè)站之間建立量子糾纏并產(chǎn)生密鑰。

在中國天地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò)中，另一個(gè)重要角色是“京滬干線”。2017年9月，世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通。“京滬干線”全長2000多公里，經(jīng)過合肥、濟(jì)南等沿線主要城市，共設(shè)有32個(gè)量子通信節(jié)點(diǎn)。

“京滬干線”與“墨子號”成功對接后，中國成為世界量子通信應(yīng)用的領(lǐng)先者。

量子科技的另一個(gè)重要應(yīng)用是量子計(jì)算。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長、中國科學(xué)院院士潘建偉認(rèn)為，“在量子計(jì)算領(lǐng)域，中國整體上與發(fā)達(dá)國家處于同一水平線。”

與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，量子計(jì)算機(jī)有獨(dú)特優(yōu)勢。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中1個(gè)比特在某個(gè)時(shí)間只能是0或1中的一個(gè)狀態(tài)，而在量子計(jì)算機(jī)里，由于量子疊加態(tài)的存在，1個(gè)量子比特可同時(shí)記錄0和1兩個(gè)狀態(tài)。因此，量子計(jì)算機(jī)擁有計(jì)算能力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的潛力。

量子計(jì)算機(jī)研發(fā)是當(dāng)前國際科技競爭的熱點(diǎn)領(lǐng)域。2019年底，中國科學(xué)家與德國、荷蘭科學(xué)家合作，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣量子計(jì)算，在四大關(guān)鍵指標(biāo)上均大幅刷新世界紀(jì)錄。

在量子精密測量領(lǐng)域，潘建偉認(rèn)為，“中國整體上相比發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距，但發(fā)展迅速。”

今年10月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布消息，該校科研團(tuán)隊(duì)與美國、德國科學(xué)家合作，在同時(shí)具備高純度、高不可分辨、高效率的單光子源器件上觀察到強(qiáng)度壓縮。這是自從2000年實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)單光子源后，科學(xué)家通過20年的努力首次在該體系直接觀測到強(qiáng)度壓縮，為基于單光子源的量子精密測量奠定了基礎(chǔ)，是量子精密測量領(lǐng)域的重要進(jìn)展。

未來，中國量子科技發(fā)展的突破口在哪兒？清華大學(xué)副校長、中國科學(xué)院院士薛其坤認(rèn)為，對量子科技發(fā)展進(jìn)行部署時(shí)，應(yīng)考慮到產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，考慮到從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用之間的密切結(jié)合，這樣可以提高效率，加快研發(fā)速度。

頂層設(shè)計(jì) 政策支持

隨著頂層設(shè)計(jì)和政策支持體系的完善，量子科技獲得更大發(fā)展空間。

11月3日，《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》公布。“量子信息”被寫入規(guī)劃《建議》：“瞄準(zhǔn)人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學(xué)、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領(lǐng)域，實(shí)施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項(xiàng)目。”規(guī)劃《建議》提出：“制定科技強(qiáng)國行動綱要，健全社會主義市場經(jīng)濟(jì)條件下新型舉國體制，打好關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，提高創(chuàng)新鏈整體效能”；“制定實(shí)施戰(zhàn)略性科學(xué)計(jì)劃和科學(xué)工程，推進(jìn)科研院所、高校、企業(yè)科研力量優(yōu)化配置和資源共享。”

量子科技發(fā)展日益受到重視。

今年1月，科技部、國家發(fā)改委等5部門聯(lián)合印發(fā)《加強(qiáng)“從0到1”基礎(chǔ)研究工作方案》，《方案》提出“國家科技計(jì)劃突出支持重要原創(chuàng)方向”，“量子科學(xué)”就在被支持之列。

近日，科技部表示，“十四五”期間，將大力發(fā)展以量子技術(shù)等為特征的新一代高新技術(shù)。

11月3日，2020世界計(jì)算機(jī)大會在湖南省長沙市開幕。工信部副部長王志軍表示，將培育發(fā)展新動能，布局量子計(jì)算等前沿領(lǐng)域，發(fā)揮市場驅(qū)動作用，以下游帶動上游，完善先進(jìn)計(jì)算創(chuàng)新體系。

近年來，地方政府也對量子科技表現(xiàn)出了濃厚興趣。

不少地方加大了對量子科技領(lǐng)域的資金投入。2019年，山東省濟(jì)南市出臺的《加快建設(shè)量子信息大科學(xué)中心的若干政策措施》提出，對量子企業(yè)在儀器設(shè)備購置、項(xiàng)目研發(fā)、人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)等科研條件建設(shè)方面給予資金支持，最高支持1億元。

為提升在量子信息領(lǐng)域的優(yōu)勢，3年前，北京市聯(lián)合多家學(xué)術(shù)單位成立了北京量子信息科學(xué)研究院。常凱從海外回國，加入了該研究院，成為了一名研究員。常凱表示，“研究院科研經(jīng)費(fèi)支持力度很大，科研人員可以按照自己的設(shè)想去建設(shè)世界一流的實(shí)驗(yàn)室。”

今年以來，新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為各地重點(diǎn)投資領(lǐng)域。在各地“新基建”中，不乏“量子”身影。

6月印發(fā)的《重慶市新型基礎(chǔ)設(shè)施重大項(xiàng)目建設(shè)行動方案(2020—2022年)》提出：“提前布局量子通信網(wǎng)，探索量子通信信息安全加密服務(wù)應(yīng)用，建設(shè)重慶至北京、上海等地的保密通信干線網(wǎng)，逐步拓展量子安全認(rèn)證和量子加密終端等新型應(yīng)用場景。”

7月印發(fā)的《浙江省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三年行動計(jì)劃(2020—2022年)》提出：“推進(jìn)量子通信城市間干線和中心城市城域網(wǎng)等商用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，打造量子通信商業(yè)化標(biāo)桿。”

9月印發(fā)的《廣東省培育區(qū)塊鏈與量子信息戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群行動計(jì)劃(2021-2025年)》將建設(shè)量子信息領(lǐng)域共享共用研究平臺等列為“新基建”強(qiáng)基工程。《計(jì)劃》提出：“全方位多元化推動量子信息產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范，探索量子信息在政務(wù)、金融、電力、國防等國計(jì)民生的重要行業(yè)和領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。”

期待更多創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)者

目前，量子科技理論研究成果向?qū)嵱没⒐こ袒D(zhuǎn)化的速度正在加快，越來越多企業(yè)參與到量子科技發(fā)展中。

在量子科技的三大應(yīng)用領(lǐng)域中，量子通信的商業(yè)化程度最高，誕生了一批量子通信領(lǐng)域的上下游企業(yè)。

當(dāng)前，全國不少地方正在開展智慧交通建設(shè)。如何保證交通大數(shù)據(jù)的安全，成為交管部門關(guān)注的重點(diǎn)。

最近，浙江省杭州市蕭山區(qū)用上了量子“盔甲”。在蕭清大道超載治理項(xiàng)目中，蕭山區(qū)引入了量子密碼技術(shù)，對核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行量子安全加密保護(hù)，有效保障了端到端的數(shù)據(jù)加密傳輸。這是量子科技產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的典型案例。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)加密相比，量子密鑰是基于量子物理隨機(jī)性原理產(chǎn)生的高質(zhì)量密鑰，密鑰的安全性更高。

為蕭山區(qū)提供這一副量子“盔甲”的是浙江九州量子信息技術(shù)股份有限公司。九州量子副總裁黃翔向本報(bào)記者表示：“現(xiàn)階段，量子通信等量子安全技術(shù)是量子科技中研究時(shí)間最長、最接近實(shí)用的技術(shù)，已成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并向著融合各類業(yè)務(wù)應(yīng)用的方向發(fā)展。量子通信技術(shù)已被應(yīng)用到關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施、智慧城市等領(lǐng)域。”

10月14日，海南省“‘星地一體’環(huán)島量子保密通信網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目簽約。量子保密通信網(wǎng)絡(luò)將為海南自貿(mào)港政務(wù)、金融、交通、能源等領(lǐng)域提供高等級的安全服務(wù)。該項(xiàng)目還將在文昌市建設(shè)實(shí)用化量子衛(wèi)星地面站，實(shí)現(xiàn)與“墨子號”的對接，從而將環(huán)島量子保密通信網(wǎng)絡(luò)接入到國家骨干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)海南和北京、上海、廣州等重要城市的跨域數(shù)據(jù)安全流通。

參與此次簽約的國科量子通信網(wǎng)絡(luò)有限公司副總裁邸允柱表示，“面向企業(yè)和公眾的量子安全應(yīng)用產(chǎn)品和解決方案將不斷推出，例如量子密碼云、量子數(shù)據(jù)中心、量子數(shù)據(jù)存儲、量子身份認(rèn)證、量子手機(jī)、量子視頻會議等。”

在金融領(lǐng)域，量子通信的應(yīng)用同樣比較普遍。目前，很多銀行以及證券、期貨、基金等金融機(jī)構(gòu)開始在數(shù)據(jù)中心備份、網(wǎng)銀實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)賬等方面引入量子通信技術(shù)。

與量子通信相比，量子計(jì)算的實(shí)用化程度還有待提高。但是，量子計(jì)算在密碼分析、氣象預(yù)報(bào)、石油勘探、藥物設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有很好的前景，被認(rèn)為是下一代信息革命的關(guān)鍵動力。

9月12日，本源量子完全自主開發(fā)的超導(dǎo)量子計(jì)算云平臺正式向全球用戶開放。這一平臺提供了圖形化編程、代碼編程兩種在線編程方式，開發(fā)并推出了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)排序、手寫數(shù)字識別等典型量子編程應(yīng)用。

“量子計(jì)算的社會認(rèn)可度越來越高，應(yīng)用步伐也在加快。”張輝說，但是量子計(jì)算還有很長的路要走。他預(yù)計(jì)，至少還需要10年時(shí)間，量子計(jì)算才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

盡管大規(guī)模應(yīng)用還需時(shí)日，很多企業(yè)還是在加緊布局量子計(jì)算，以期搶占先機(jī)。早在2015年，阿里云就聯(lián)合中國科學(xué)院開始了探索量子計(jì)算。之后，阿里巴巴組建了量子實(shí)驗(yàn)室。2019年9月，阿里巴巴量子實(shí)驗(yàn)室完成第一個(gè)可控量子比特研發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)從0到1的突破。2018年，百度成立量子計(jì)算研究所，開展量子計(jì)算軟件和信息技術(shù)應(yīng)用研究。今年9月，百度發(fā)布了量子計(jì)算平臺“量易伏”，用戶可在平臺上進(jìn)行開發(fā)測試。

相比量子通信、量子計(jì)算，量子精密測量顯得更為神秘。它的應(yīng)用涵蓋科研、醫(yī)療、地質(zhì)、能源、災(zāi)害預(yù)防等。比如，將量子測量用于電網(wǎng)，可以精確監(jiān)測電流、電壓。用于探礦，可以邊鉆井邊測量周邊地質(zhì)成分。用于醫(yī)療，可以精確分析血液微量物質(zhì)含量。

國儀量子(合肥)技術(shù)有限公司是國內(nèi)較早成立的量子測量企業(yè)。“量子測量的精度可以達(dá)到原子量級。”國儀公司副總經(jīng)理張偉介紹，傳統(tǒng)測量技術(shù)最小只能探測到微米量級，而量子技術(shù)可以精細(xì)千倍、萬倍到納米、亞納米量級，帶來革命性的技術(shù)進(jìn)步。

“量子技術(shù)要真正給人類帶來福祉，除了科學(xué)家在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域開疆拓土外，還需要更多創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)者、企業(yè)家、投資人的加入。”薛其坤說。

潘旭濤