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中国量子科技走出实验室:通信有优势 计算需追赶

2020年10月19日 07:18  第一财经  

[ 相关专家估计,目前我国在卫星量子通信方向领先美欧等发达国家五年左右时间。但国际上的技术竞争相当激烈,不进步就会被超过。 ]

几乎每隔十年都会有新技术诞生,催生新的技术革命。上世纪五十年代晶体管和半导体等技术的发展催生了信息时代。

如今量子计算、量子通信、量子精密测量和传感技术的兴起和发展,也正在推动信息技术向量子信息技术跨越,将可能导致新的技术革命。

 加强量子技术基础研究投入

10月16日,量子科技迎来重大利好。国家明确提出要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性,加强量子科技发展战略谋划和系统布局。

中国科学技术大学最早从事量子技术产业化的研究人员赵义博告诉第一财经记者:“中国量子技术的发展是全方位的,涵盖了量子通信、量子计算和量子测量等领域。”

量子科技研究和应用前景正在成为中国前沿科技的发展重点。量子科技的发展具有重大的科学意义和战略价值,是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新,并将引领新一轮科技革命和产业变革的方向。

总体而言,我国已经具备了在量子科技领域的科技实力和创新能力,但同时我国量子科技发展仍然存在短板,发展面临多重挑战,尤其是在关键核心技术和关键领域能否实现自主可控方面挑战巨大。

目前中国在量子通信产业化方面走在全球前列,但是在量子计算和量子模拟传感方面仍然落后于欧美国家。

欧洲量子通信泰斗、日内瓦大学教授、瑞士IDQuantique公司创始人、董事长尼古拉斯·吉森(Nicolas Gisin)对第一财经记者表示:“中国在量子通信方面的技术非常领先,但是在量子计算机和量子芯片等领域还有进一步提升的空间。”

中国在量子科技领域具有先发优势,尤其是在量子通信领域的基础科研成果走在世界前列。2016年8月,中国成功发射人类历史上首颗量子卫星“墨子号”。2017年,星地量子密钥分发的成码率已达到10kbps量级,成功验证了星地量子密钥分发的可行性。目前经过系统优化,密钥分发成码率已能够达到100kbps量级,具备了初步的实用价值。

相关专家估计,目前我国在卫星量子通信方向领先美欧等发达国家五年左右时间。但国际上的技术竞争相当激烈,不进步就会被超过。

今年5月26日,中国科研团队在国际物理学界最权威的综述性期刊《现代物理评论》(Reviews of Modern Physics)上发表了一篇题为“基于现实器件的安全量子密钥分发”的长篇综述论文,系统阐述了量子密码的原理、理论和实验技术,回答了“量子密码破译者能否通过利用辅助渠道成功破解真实系统”以及“量子密码制造者是否能够设计创新对策来挫败量子密码破坏者”等问题。

中国科学技术大学潘建伟等研究人员认为,现实条件下量子密码的安全性已经建立起来。这篇综述中所涉及的技术理论和实验,将为量子密码的广泛应用以及标准化制定奠定基础。

 量子计算有望加速赶超

业内人士认为,全新发布的国家战略有望提升我国在量子技术基础研究方面的能力,缩短与西方国家的差距,尤其是在发展量子计算机方面,将加速赶超。

在刚结束的创新之源大会上,清华大学副校长、北京量子信息科学研究院院长薛其坤院士也深度剖析了未来的量子技术,并谈到了当前的量子革命,“量子效应的发现和应用,给信息技术带来了无限的想象空间,全球互联网将从电子时代跨越到量子时代。”

在量子计算领域,中国的团队刚刚起步。本源量子公司副总裁张辉告诉第一财经记者:“国内目前能做量子计算的人不超过百位数量级,有能力做量子计算的团队不超过十位数量级。在量子计算方面我们要承认自己仍处于落后追赶的地位,因为西方确实强于我们。”

中国企业正在奋力追赶。近日知识产权产业媒体IPRdaily与incoPat创新指数研究中心发布的一项全球量子计算技术发明专利排行榜显示,入榜企业前六位都被美国公司占领,来自中国的量子计算公司本源量子以77项专利排名第七,排在IBM、DWave、谷歌、微软、Northrop Grumman、英特尔之后。美国公司在榜单中占比高达43%,中国公司占比12%。尽管中国包括阿里巴巴、腾讯、百度和华为在内的科技巨头都在布局量子计算,但是发展尚处于初期阶段。

“研发投入不足,人才和设备缺乏,都导致中国在量子计算方面远落后于美国。”赵义博向第一财经记者分析道。

相比而言,谷歌、IBM和英特尔等美国公司很早就开始致力于量子计算机的研发。英特尔量子硬件部门总监Jim Clarke表示:“量子可能是未来100年最重要的计算机技术,就好像宇宙空间科学一样,它的研究可能要通过一代人的努力才能进步一点点。”

2019年10月24日,谷歌用53个量子比特的计算机做了一个特殊的非通用计算任务,对一个量子随机数生成器的输出进行采样,只花了200s就完成了目前世界上最快的超级计算机一万年才能完成的任务。

这一突破使得人类向“量子霸权”又迈进了一大步。但由于量子计算机的好处还不足以在十年内体现出来,这限制了资本对量子计算的投入。

“量子科技很前沿也很精深,是当下半导体产业的基础,需要突破一系列技术,开发有用的产品为用户提供服务。”赵义博告诉第一财经记者,“但无论是量子计算还是量子通信,都需要残酷的攻关和严肃的制备,才能够提供有效的产品。”

柏睿数据创始人董事长刘睿民对第一财经记者表示:“科研是在实验室里做出来的,但是需要把它工程化,变成工业界能用的产品才能走向市场。从科研到工程化,还需要经历一个漫长和残酷的竞争过程,并最终形成生态。”

作者: 钱童心

编 辑:值班记者
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