天行体育v17.9.34:中国量子信息技术正以量子通信和量子计算为代表,不断迈向前沿

2024-06-23

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量子信息技术的发展势头日益强劲。 李强总理5月10日在安徽进行调研。这一消息是新华社合肥5月10日报道的。李强先拜访了中国科学院量子信息与量子科技创新研究院,听取研究院的建设和发展情况汇报,详细了解了重点领域科研的进展,并与科研人员进行了交流。李强强调,当前世界科技创新飞速发展,我们要准确把握科技领域的最新动向和发展态势,进一步加强前瞻性布局,主动出击、争取先机,获取更多发展主动权。新兴产业和未来产业代表着科技革命和产业变革的方向,其中之一就是量子技术。今年政府工作报告强调,要充分发挥创新的主导作用,通过科技创新来推动产业创新,加快实施新型工业化,提高全要素生产率,不断培育新的发展动能和竞争优势,促进社会生产力不断实现更新跃升。在积极发展新兴产业和未来产业方面,重点探索了量子技术、生命科学等领域。量子信息技术是建立在量子力学原理之上的,它通过制备、控制和观测微观量子系统中的物理状态,以全新的方式实现了信息感知、计算和传输。目前的研究主要集中在量子通信、量子计算和量子精密测量这三个领域。量子保密通信是量子信息技术中最早进入实用阶段并发展最为成熟的领域之一,中国现今的量子通信市场规模已经超过800亿元。中国科学院院士潘建伟最近也公开表示,量子技术正在不断形成新的科学前沿,激发了革命性的科技创新,正在孕育对人类社会产生巨大影响的颠覆性技术。中国的量子技术已经在部分领域取得了领先地位。潘建伟表示,在过去的20多年里,中国在量子通信研究和应用方面已经从跟踪到并跑,实现了飞跃进步。在量子计算领域,中国已经处于国际第一阵营的位置。而在量子精密测量领域的某些方向上,中国也处于国际领先或先进水平。根据中国科学院量子信息与量子科技创新研究院介绍,量子通信有两种典型的应用,分别是量子密钥分发和量子隐形传态。量子密钥分发(QKD)是一种利用量子态传输信息以生成密钥的协议。量子力学的基本原理确保了密钥的无法窃取,因此实现了基本上无条件安全的量子保密通信。量子隐形传态是利用量子纠缠来传输微观粒子的量子状态,而不是传输这些微观粒子本身,它是量子中继的一个重要组成部分。量子中继是国际学术界认为实现远距离量子密钥分发的重要方法之一,因此被统称为量子通信,包括量子密钥分发和量子隐形传态。目前,国内外都有实施量子通信技术的计划。美国、欧洲和中国等国家已经建成了量子通信网络,其中中国的网络规模最大、传输总距离最远,而且在地空连接方面取得了成功,网络覆盖范围最广。中国国家的城际量子通信网络技术已经初步达到了实用化的要求,全国范围内超过10000公里的量子骨干网已经完全贯通,覆盖了京津冀、长三角、粤港澳、成渝等重要区域。中国开发并成功发射了世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”,在卫星量子通信领域率先实现了星地量子通信。安徽省的量子信息工程技术研究中心主任唐世彪表示,国盾量子技术股份有限公司(股票代码688027)副总裁表示,量子通信的发展目标是建立全球范围的广域量子通信网络体系,分为三步:先利用光纤构建城域量子通信网络,然后通过中继器连接相邻城市的城际量子通信网络,最后通过卫星平台中转连接遥远区域的量子通信网络。中国的未来发展将依托不断完善的量子保密通信网络,促进更多单位加入应用落地与开发,实现量子通信技术与经典信息安全技术快速便捷地融合,并服务于政务、医疗、金融等各领域。在量子计算领域,与传统计算机相比,最显著的特点是在处理特定问题时速度更快,计算能力更强,运算速度更高,具有更高效的计算能力和速度。据国盾量子专家介绍,某些特定情况下,量子计算机能够在4小时内完成的计算任务,而使用目前速度最快的超级计算机则需要大约5万年的时间。中国是目前唯一一个在光学和超导两种物理系统中都取得了“量子计算优势”的里程碑的国家。中国研发的76光子光量子计算原型机“九章”,在光量子体系方面取得了“量子计算优越性”的里程碑,成为国际首次实现的成果。在超导量子体系领域,中国先后研发了62比特超导量子计算原型机“祖冲之号”和66比特的“祖冲之二号”,实现了“量子计算优越性”。唐世彪介绍说,量子计算涵盖了光量子、超导、离子阱和中性原子等多种技术路线。在这方面,超导技术成为了中心关注的焦点,IBM、谷歌等大型公司都在积极推进相关发展。他指出,未来量子计算的重要方向是计算能力的跨越式发展,量子计算有望在密码破译、天气预测、生物制药等领域扮演重要角色。目前量子计算正处于早期探索阶段,并且存在多种技术路线。基本上都是沿着"量子计算的优越性-专门的量子计算-通用的量子计算"的方向发展。要实现大规模容错的通用量子计算还需要长期努力。潘建伟也觉得,所有量子计算原型机的硬件性能都与解决实际问题还存在较大的差距。量子精密测量是通过对光子和冷原子等微观粒子系统进行控制和观测,实现超高精度测量时间、磁场、重力场等多种物理量信息的技术。它可以提高物理量测量和信息获取的精度、分辨率和稳定性。2022年,中国首次在国际上成功进行了百公里级自由空间高精度时间频率传递实验。实验中,时间传递的稳定度达到了飞秒级别,频率传递的万秒稳定度优于4E-19(相当于时钟一千亿年的误差不超过一秒),精度达到了E-19水平。需要注意的是,当全球范围内的时频传递稳定性达到E-18水平时,就可以确定新一代的“秒”定义。中国在这方面的科研成果也引发了国际计量大会将于2026年讨论重新定义“秒”的举动。潘建伟团队运用光梳技术,在自由空间中成功实现了相距113公里的时频传递。随着全球竞争的加速,中国将如何努力发展呢?量子信息技术在中国是被视为战略性新兴产业,目前相关企业主要集中在京津冀和长三角等地区。各个政府部门最近制定了许多相关的政策,在2016年以来的两次国会政府工作报告中都提到了量子信息科技;在2024年的两会期间,国务院国资委表示,到2025年,中央企业在战略性新兴产业收入中,量子信息等方面的占比要达到35%,并提前做好布局。据银河证券的研究报告显示,全球量子信息企业中,欧美企业占比超过60%,而中国企业占比约30%。在量子通信领域,中国拥有最多的相关企业。美国有许多知名的科技巨头,比如IBM、谷歌、英特尔、微软、亚马逊等,它们都成立了自己的研发部门,同时还有许多初创企业在硬件、软件和算法等领域进行创新。近年来,中国的企业包括华为、百度和腾讯都相继设立了量子实验室,并积极进行布局,但相较于美国科技企业,它们在这方面的投入和推动力度仍然相对有限。

世界范围内的量子信息企业中,欧美占比超过60%

。近年来,欧美国家也在持续增加对量子技术的投资。2018年,美国发起了为期10年的“国家量子行动法案”,欧盟则正式推行了“量子技术旗舰项目”;至2023年3月,英国公布了“国家量子战略”,宣布政府将在2024年至2034年期间投入25亿英镑,并吸引至少10亿英镑的私人投资;同年12月,美国发布了《国家量子倡议》(NQI)的补充报告,计划延长其资助至2028年;同时,欧盟也发表了关于量子技术的联合宣言,确认了量子技术对欧盟科学和工业竞争力的重要性,该宣言得到了法国、比利时、克罗地亚、希腊、芬兰、斯洛伐克、斯洛文尼亚、捷克、马耳他、爱沙尼亚和西班牙等11个国家的签署;今年4月,欧盟委员会启动了一系列新的“地平线欧洲”项目招标。拨款总额超过1.12亿欧元(约8.67亿元人民币),主要用于支持人工智能(AI)和量子技术领域的创新项目。从科研基础来看,中国的论文和专利主要发表和申请于高校和科研机构,而在欧美的量子信息领域研究中,科技企业所申请的专利数量占主导地位,产业界在创新方面发挥了较大的领导作用。因此,中国的科技成果还需要进一步转化为产业实践。

就科研基础而言,中国的论文和专利主要出自高校和科研机构,而在欧美的量子信息领域研究专利中,科技企业的申请数量占据主导地位,产业界在创新方面发挥着重要作用,中国的科技成果仍需要更多地向产业转化。目前,量子信息被视为中国的战略新兴产业,并受到产业政策持续的支持。2023年,全球对量子信息的投资规模达到3860亿美元,其中中国的总投资额达到1500亿美元,占比在全球范围内位居前列。随着中国量子信息企业数量和投融资规模的不断增加,我们有望持续提升量子关键核心技术攻关和产业化水平。大多数国际学术界普遍认为要实现通用量子计算机仍需要至少10年甚至更长的时间。国泰君安证券的研究报告指出,量子信息技术是一项具有颠覆性的技术创新,预计在2028年前后将会出现可以用于商业的专用量子计算机天行体育官方。在量子通信领域,由于传输速率受限,更适合用于传输少量信息且对保密性要求高的场合,因此金融、政府和军队是最先采用量子通信技术的客户。潘建伟认为,目前是加强量子保密通信的应用推广,推动建立中国自主的信息安全体系并形成比较优势的良好时机。唐世彪也告诉澎湃新闻,量子保密通信网络具有信息基础设施的特性,并且相关技术具有明确的应用目标。只有当量子保密通信网络不断扩大,才能吸引更多下游行业和领域的用户接入使用。随着行业应用和用户的不断扩展,也能够推动量子保密通信网络的建设。这样就能够形成一个良性循环,即“网络建设-接入应用-网络扩容”。对于新技术来说,最好的鼓励是有一群有远见的用户出现。在对信息安全等级要求较高的领域,我们鼓励先行先试,创造可复制推广的应用场景天行体育最新版。此外,他认为量子信息技术也面临一些共性挑战。作为未来产业,技术和产品的相关标准需要从头开始制定,而标准化则是量子信息技术实现实用化并推进产业化规模应用的关键路径。我们必须秉持对我们自己道路的自信和战略上的坚定,由各级主管部门指导,团结科研界和产业界的力量,推动国内外有关标准的制定。唐世彪表示,目前中国科大、中国信通院、济南量子院、国盾量子等单位都积极参与其中,中国在量子通信标准体系建设方面处于领先地位,已经初步形成了安全测评的能力。与此同时,第一批国家标准已经发布,其中包括量子计算和量子测量。唐世彪还指出,在信息安全方面,我们需要提早考虑采用量子密钥分发等抵抗量子计算攻击的加密技术,以防止关键数据被“先存储、后破解”。对一般大众来说,量子通信可以使信息传输变得更安全,从而加强个人隐私保护。一些量子安全应用产品,如“量子密话”、“国盾密语耳机”等已经推出。另一方面,随着相关教育和就业机会的增加,提高相关科学素养和就业技能也变得尤为重要。

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