近日，美國白宮科技政策辦公室推出了《量子信息科學(xué)和技術(shù)勞動力發(fā)展國家戰(zhàn)略計劃》，旨在促進先進技術(shù)教育和推廣，培養(yǎng)下一代量子信息科學(xué)人才，以跟上量子科學(xué)領(lǐng)域不斷增長的就業(yè)崗位。

當(dāng)前，量子信息技術(shù)的科研成果轉(zhuǎn)化、行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新、供應(yīng)鏈建設(shè)和人力資源培養(yǎng)等已經(jīng)成為全球主要國家的主要發(fā)力方向。據(jù)中國信息通信研究院不完全統(tǒng)計，截至2021年10月，全球各國在量子方面的投資總規(guī)模已經(jīng)超過130億美元（約合人民幣826億元）。

量子信息技術(shù)可分為量子計算、量子通信和量子精密測量三大分支。安信證券在研報中指出，量子通信是量子信息技術(shù)中最接近商業(yè)化的技術(shù)。

國盾量子項目總監(jiān)周雷表示，量子通信因為發(fā)展時間相對較長，在技術(shù)和科研理論方面都已比較完善。所以在產(chǎn)業(yè)化方面走得會比較快。

2030年量子通信規(guī)模將達210億美元

根據(jù)摩根士丹利發(fā)布的量子通信行業(yè)分析報告，2020-2030年全球量子通信市場規(guī)模復(fù)合年增長率為50%，2030年達到210億美元。不過，摩根士丹利也指出，達到這一規(guī)模的前提是，到2025年量子計算能迎來突破傳統(tǒng)加密技術(shù)的大門。

量子通信的主要關(guān)鍵特性之一在于其所能提供的安全性，可以利用量子物理定律來保護數(shù)據(jù)。這些定律允許粒子（通常是光子，用于沿光纜傳輸數(shù)據(jù)）呈現(xiàn)疊加狀態(tài)，這意味著它們可以同時表示1和0的多個組合。這些粒子稱為量子位或量子位。

從網(wǎng)絡(luò)安全的角度來看，如果黑客試圖觀察量子位在運輸過程中的存在，那么超脆弱的量子態(tài)就會“崩潰”為1或0。為此，不少公司利用此特性來創(chuàng)建量子光纖網(wǎng)絡(luò)，以量子密鑰分發(fā)（QKD）的過程傳輸高度敏感的數(shù)據(jù)。盡管規(guī)模很小，但已投入商業(yè)使用。

而量子通信的另一種形式是完全基于糾纏量子現(xiàn)象以量子形式傳輸數(shù)據(jù)。量子遠距傳輸?shù)墓ぷ髟硎莿?chuàng)建成對的糾纏光子，然后將每對糾纏的光子發(fā)送給數(shù)據(jù)的發(fā)送方，將另一對發(fā)送給接收方。不管距離多遠，一個粒子的變化會引起另一個粒子的變化。這即是愛因斯坦著名的“遠距離怪異動作”。與已經(jīng)投入商業(yè)使用的QKD不同，這種形式的量子通信仍處于實驗室階段。

摩根士丹利指出，中國是第一個達到關(guān)鍵量子里程碑的國家，日本和韓國也領(lǐng)先于歐盟和美國在量子通信方面的努力。就商業(yè)用途而言，中國是最先進的。目前，中國正在努力通過將數(shù)十個量子衛(wèi)星和地面量子通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，在2030年左右建立第一個全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。而九州量子、國盾量子、問天量子為掌握量子通信核心技術(shù)的三家國內(nèi)企業(yè)。

國盾量子項目總監(jiān)周雷博士表示，我國量子通信在全世界領(lǐng)跑，而量子計算處于并跑。

在科研方面，我國2014年、2016年的200km、404km光纖MDI-QKD（測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分配）實驗，均是當(dāng)時的QKD安全距離世界紀錄；2020年3月，中國成功創(chuàng)造了地基量子密鑰分發(fā)最遠距離新的世界紀錄，國盾量子為實驗設(shè)計開發(fā)了光學(xué)調(diào)制與邏輯控制模塊等。

2021年，國盾量子聯(lián)合中國科大、濟南量子技術(shù)研究院研究團隊使用已有商用光纖鏈路，突破現(xiàn)場遠距離高性能單光子干涉技術(shù)，分別采用兩種技術(shù)方案實現(xiàn)500公里量級雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD），創(chuàng)造了現(xiàn)場無中繼光纖量子密鑰分發(fā)傳輸距離的新世界紀錄。

應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)同步是關(guān)鍵

周雷指出，量子通信產(chǎn)業(yè)化發(fā)展時間相對長一些，在技術(shù)和科研理論方面都已經(jīng)比較完善了。而且，量子通信沒有量子計算的復(fù)雜度那么高，所以在產(chǎn)業(yè)化方面走得更快、更遠，當(dāng)下中國的發(fā)展重點在于推動大規(guī)模的應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實現(xiàn)應(yīng)用驅(qū)動產(chǎn)業(yè)的模式。

據(jù)介紹，國內(nèi)總計已經(jīng)實現(xiàn)7000多公里的實用化光纖量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，其中，有超過6000公里使用了國盾量子的產(chǎn)品且處于在線運行狀態(tài)。

“預(yù)計未來幾年，我國的光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)將會形成北至黑龍江、南至海南、西至成都、東至上海，基本覆蓋中國的大型地區(qū)和城市?！敝芾渍f。

周雷強調(diào)，實用化量子通信需要應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)同步，需要構(gòu)建全球范圍的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系。通過光纖實現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)、通過中繼器實現(xiàn)鄰近兩個城市之間的連接、通過衛(wèi)星平臺的中轉(zhuǎn)實現(xiàn)遙遠區(qū)域之間的連接，是廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展路線。

“這就類似我們的移動通訊網(wǎng)絡(luò)，隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋越來越密集，手機才會變得越來越有用。如果通訊網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度和廣度不夠的話，那么應(yīng)用只能是局部小范圍的，沒有大規(guī)模發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的普及，帶動的應(yīng)用會越多，然后從應(yīng)用再進一步的帶動，向更細致、更密的方向發(fā)展，應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是這樣的循環(huán)促進的方式。”周雷說。

目前，國內(nèi)的量子通信技術(shù)已實現(xiàn)在金融、政務(wù)、電力等多領(lǐng)域落地應(yīng)用。周雷表示，下一步的方向是往小型化和通用化方面去努力，實現(xiàn)更遠距離、更穩(wěn)定的傳輸，并從政府、金融電力、能源等這些國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施方面進一步拓展，向更廣泛的民生方面去應(yīng)用。 綜合

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