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中國量子科技加快實現(xiàn)天地一體化 期待更多創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)者
中國量子科技加快實現(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。最近一個月,各類資本主動找上了門?!耙幌伦觼砹?0家投資機構(gòu),我們最終選擇了11家?!睆堓x向本報記者說。
找到本源量子的還有各級政府部門?!安簧俨块T來考察調(diào)研,商討研究產(chǎn)業(yè)政策,幫企業(yè)解決實際困難?!睆堓x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)略計劃。目前,中國已經(jīng)具備了在量子科技領(lǐng)域的科技實力和創(chuàng)新能力。
量子科技的具體應(yīng)用包括量子通信、量子計算和量子精密測量3個領(lǐng)域。
量子通信基于量子糾纏原理,即兩個處于糾纏狀態(tài)的量子就像有“心靈感應(yīng)”,無論相隔多遠(yuǎn),一個量子狀態(tài)變化,另一個也會隨之改變。
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”的實驗,構(gòu)建了首個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)實驗衛(wèi)星“墨子號”,率先在國際上實現(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)實驗體系打下了基礎(chǔ)。
2020年6月,中國科學(xué)院宣布,“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在國際上首次實現(xiàn)千公里級基于糾纏的量子密鑰分發(fā)。此次試驗中,科學(xué)家們在“墨子號”過境時,同時與新疆烏魯木齊南山站和青海德令哈站兩個地面站建立光鏈路,在地面超過1120公里的兩個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?!熬删€”全長2000多公里,經(jīng)過合肥、濟南等沿線主要城市,共設(shè)有32個量子通信節(jié)點。
“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。
量子科技的另一個重要應(yīng)用是量子計算。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,“在量子計算領(lǐng)域,中國整體上與發(fā)達(dá)國家處于同一水平線?!?/p>
與傳統(tǒng)計算機相比,量子計算機有獨特優(yōu)勢。傳統(tǒng)計算機中1個比特在某個時間只能是0或1中的一個狀態(tài),而在量子計算機里,由于量子疊加態(tài)的存在,1個量子比特可同時記錄0和1兩個狀態(tài)。因此,量子計算機擁有計算能力遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計算機的潛力。
量子計算機研發(fā)是當(dāng)前國際科技競爭的熱點領(lǐng)域。2019年底,中國科學(xué)家與德國、荷蘭科學(xué)家合作,在國際上首次實現(xiàn)了20光子輸入60×60模式干涉線路的玻色取樣量子計算,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?!?/p>
今年10月,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)發(fā)布消息,該??蒲袌F隊與美國、德國科學(xué)家合作,在同時具備高純度、高不可分辨、高效率的單光子源器件上觀察到強度壓縮。這是自從2000年實現(xiàn)量子點單光子源后,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,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 政策支持
隨著頂層設(shè)計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)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》公布?!傲孔有畔ⅰ北粚懭胍?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,實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項目。”規(guī)劃《建議》提出:“制定科技強國行動綱要,健全社會主義市場經(jīng)濟條件下新型舉國體制,打好關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn),提高創(chuàng)新鏈整體效能”;“制定實施戰(zhàn)略性科學(xué)計劃和科學(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?!?/p>
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“從0到1”基礎(chǔ)研究工作方案》,《方案》提出“國家科技計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世界計算機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、項目研發(fā)、人才團隊引進(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)世界一流的實驗室?!?/p>
今年以來,新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為各地重點投資領(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?!?/p>
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?!?/p>
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”強基工程。《計劃》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、國防等國計民生的重要行業(yè)和領(lǐng)域的推廣應(yīng)用?!?/p>
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?、工程化轉(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。
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,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間最長、最接近實用的技術(shù),已成功實現(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)。該項目還將在文昌市建設(shè)實用化量子衛(wèi)星地面站,實現(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、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、基金等金融機構(gòu)開始在數(shù)據(jù)中心備份、網(wǎng)銀實時轉(zhuǎn)賬等方面引入量子通信技術(shù)。
與量子通信相比,量子計算的實用化程度還有待提高。但是,量子計算在密碼分析、氣象預(yù)報、石油勘探、藥物設(shè)計等領(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。
“量子計算的社會認(rèn)可度越來越高,應(yīng)用步伐也在加快?!睆堓x說,但是量子計算還有很長的路要走。他預(yù)計,至少還需要10年時間,量子計算才能實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
盡管大規(guī)模應(yīng)用還需時日,很多企業(yè)還是在加緊布局量子計算,以期搶占先機。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算。之后,阿里巴巴組建了量子實驗室。2019年9月,阿里巴巴量子實驗室完成第一個可控量子比特研發(fā)工作,實現(xiàn)從0到1的突破。2018年,百度成立量子計算研究所,開展量子計算軟件和信息技術(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
編輯:曾珂
關(guān)鍵詞:量子 科技 通信 計算