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今年的政府工作報告中，“量子科技”作為信息通信領域的熱詞被兩次提及。從基礎研究、科學實驗、示范應用到產(chǎn)業(yè)培育，量子科技領域的科技創(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，中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉表示：“我國在量子通信領域占據(jù)國際引領地位，在量子計算領域處于國際第一方陣，在量子精密測量領域部分方向處于國際領先或先進水平?！?/p>
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用化的通信方式。中國科學技術大學教授、博士生導師，“祖沖之號”量子計算常務副總指揮及“墨子號”衛(wèi)星科學應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。量子力學的基本原理保證了密鑰的不可竊聽或破譯，從而實現(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?！睋?jù)了解，中國電信已推出全球首個運營商級量子安全即時通訊與辦公平臺——量子密信，獲得最高安全級別的“卓越級”認證，在黨政軍企多領域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模應用。
彭承志表示：“近年來全球量子計算的發(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峻挑戰(zhàn)，需加快建設抗量子計算的新型信息安全基礎設施。量子通信作為抗量子計算新型信息安全基礎設施的重要組成部分，將充分發(fā)揮基石作用，保障國家安全。”目前，中電信量子信息科技集團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設施（QCI），為我國關鍵信息基礎設施等提供后量子時代安全保障。
量子通信的發(fā)展目標是構(gòu)建全球范圍的廣域量子通信網(wǎng)絡體系。2016年8月，我國發(fā)射世界上首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”，在國際上率先實現(xiàn)了星地量子通信；2016年底，國際上首條遠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)絡的雛形，成為國際量子信息研究領域的重大標志性事件；2025年3月，我國在國際上首次實現(xiàn)量子微納衛(wèi)星與小型化、可移動地面站之間的實時星地量子密鑰分發(fā)，這是我國首次實現(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個重點城市建設量子城域網(wǎng)，初步提供全國縱橫相連、跨域互通的服務能力，構(gòu)建全球領先的量子安全能力底座?！坝辛诉@張網(wǎng)，可以承載更多應用場景，把量子安全技術用于生產(chǎn)生活的各個領域?！迸沓兄窘榻B。
量子計算：后摩爾時代計算能力提升的解決方案
量子計算是基于量子力學的全新計算模式，具有原理上遠超經(jīng)典計算的強大并行計算能力。與經(jīng)典計算機使用0或者1的比特來存儲信息不同，量子計算以量子比特作為信息編碼和存儲的基本單元，計算能力隨量子比特數(shù)目增加呈指數(shù)增長。
彭承志告訴記者，目前國際學界主流觀點認為，量子計算發(fā)展需經(jīng)歷“三步走”：第一步是實現(xiàn)量子計算優(yōu)越性，即針對特定問題的計算能力超越經(jīng)典超級計算機；第二步是研制可操縱數(shù)百個量子比特的量子模擬機，解決一些超級計算機無法勝任、具有重大實用價值的問題；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算機。
量子計算優(yōu)越性像個門檻，驗證了量子計算機超越傳統(tǒng)計算機的可行性，是量子計算具備應用價值的前提條件，也是一個國家量子計算研究實力的體現(xiàn)。中國是目前世界上唯一在超導量子和光量子兩種物理體系上都實現(xiàn)“量子計算優(yōu)越性”的國家。2025年3月，中國科學技術大學團隊成功構(gòu)建105比特超導量子計算機“祖沖之三號”，處理“量子隨機線路采樣”問題的速度比目前國際最快的超級計算機快千萬億倍，再次打破超導體系量子計算優(yōu)越性世界紀錄。
彭承志表示，量子計算未來可為密碼分析、人工智能、氣象預報、資源勘探、藥物設計等所需的大規(guī)模計算難題提供解決方案，其中量子計算云平臺是量子計算走向應用的重要一步。記者了解到，美國IBM、Google、Amazon等科技巨頭從2016年開始布局量子計算云平臺，其主導的量子計算云平臺均拒絕中國科研人員訪問使用。中國電信“天衍”量子計算云平臺積極打破這種技術封鎖，上線后接入由一臺24比特、兩臺176比特和一臺504比特量子計算機組成的國內(nèi)最大規(guī)模的量子計算集群，作為具備“量子優(yōu)越性”能力的超量融合云平臺，填補我國融合量子云服務空白。目前“天衍”量子計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多個國家的用戶，提交的實驗任務數(shù)超過140萬次。
量子精密測量：測量精度突破經(jīng)典技術極限
量子精密測量是利用量子力學規(guī)律，特別是基本量子體系的一致性，對一些關鍵物理量進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)控與量子信息技術的發(fā)展，2018年第26屆國際計量大會正式通過決議，從2019年開始實施新的國際單位定義，從實物計量標準轉(zhuǎn)向量子計量標準，這標志著精密測量已經(jīng)進入量子時代。
近年來，我國在量子精密測量方面不斷追趕國際先進水平，技術突飛猛進，成果斐然。譬如，在原子鐘、量子陀螺儀等方面的關鍵技術已經(jīng)接近國際先進水平；在量子雷達、痕量原子示蹤、弱磁場測量等方面已經(jīng)達到國際先進水平，取得了一批國際領先的成果。
隨著相關技術的產(chǎn)業(yè)化，一批量子精密測量產(chǎn)品已投入應用。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，成為該領域的“現(xiàn)象級”產(chǎn)品，2024年實現(xiàn)了9臺整機銷售，交付多省防震減災單位及科研用戶；單光子成像雷達、深度制冷自由運行單光子探測器、自由運行單光子探測器等產(chǎn)品也已面向市場進行銷售。隨著研究水平的不斷提升和核心競爭力的進一步增強，我國量子精密測量領域?qū)⒃诳茖W研究、經(jīng)濟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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