量子信息技术引领新一轮科技革命迈入关键发展阶段

       量子信息技术是培育未来产业、构建新质生产力、推动高质量发展的重要方向之一，将引领新一轮科技革命和产业变革方向。当前量子信息技术发展进程如何？“杀手级”应用何时能出现？带着这些问题，《人民邮电》报记者近日采访了中国信息通信研究院技术与标准研究所所长张海懿。她表示，经过40余年发展，量子信息技术已从仅有学术界关注的基础科学研究和前沿技术探索，逐步进入产业界共同参与的工程应用研究和未来产业培育的历史进程当中，目前已进入科技攻关、工程研发、应用探索和产业培育一体化推进的关键发展阶段。

　　技术研发持续活跃

　　量子通信领域主要关注的方向包括量子密钥分发（QKD）、量子隐形传态（QT）等，其他一些技术方案如量子安全直接通信（QSDC）等也在进一步发展。张海懿认为，在产品及应用方面，QKD基于量子态光信号传输和后处理，实现对称密钥生成，具有理论协议安全性，已有商用化产品，目前进入初步实用化阶段。QT基于纠缠分发和贝尔态测量，实现量子态信息传输，是实现量子信息网络的关键技术，处于科研探索阶段，尚未实用化。在新技术研究探索方面，近年来，QKD新型协议系统研究和星地传输实验持续活跃，商用系统的工程化水平提升有限，而QT在纠缠制备、操控和存储中继等方面尚无重大突破。展望未来发展趋势，基于QKD的量子保密通信应用场景有限，需要进一步提升产品性能指标和工程化水平，探索和拓展有效应用场景，才能摆脱产业发展困境，同时后量子加密（PQC）是值得关注的发展方向。

　　另外，结合QT等技术的量子信息网络（QIN）是未来融合发展演进的方向，已成为量子通信领域科研竞争的主赛道，欧美在量子通信领域重点布局推动QIN的技术研究、原型验证和组网试验等工作，近年来取得多项重要进展，我国需加快推动相关技术研究探索。

　　“杀手级”应用蓄势待发

　　目前量子计算多种路线竞相发展，实际发展情况如何？实现量子计算“杀手级”应用还面临哪些挑战？

　　当前，在量子计算领域，超导、离子阱、光量子、中性原子、硅半导体、金刚石色心和拓扑七大主要技术路线并行发展，现阶段整体上依然处于中等规模含噪声量子处理器阶段，量子纠错已验证纠错盈亏平衡点，其中超导技术路线是有望率先实现量子纠错和突破“杀手级”应用的“种子选手”之一，中性原子路线近两年在多条技术路线竞争中异军突起，可控量子物理比特数量已超1000，与超导路线并驾齐驱，有望成为一匹“黑马”。总体来说，量子处理器硬件性能水平距离实现大规模可容错通用量子计算还有很大差距，未来仍需业界长期艰苦努力攻关。

　　近年来，量子计算应用探索广泛开展，但目前尚未在实用化问题中展现出有现实意义的量子计算优越性，仍处于原理性与可行性验证的探索阶段。未来要实现量子计算“杀手级”应用，加快构建国家级量子计算云平台是提升探索能力和培育产业生态的重要途径，基础核心是进一步提升量子处理器的硬件性能。以超导路线为例，在相干操控比特数达数百位规模，逻辑门保真度达99.9％以上时，有望在运算复杂度和精度要求不高的组合优化等场景中率先实现落地。

　　量子测量发展前景广阔

　　量子测量基于对微观粒子系统的操控进行传感测量，在精度、灵敏度和稳定性等方面带来数量级提升，具有技术方向多元、应用场景丰富、产业化前景明确的特点。张海懿表示，相关技术方向包括用于新一代PNT（定位、导航、授时）的光学原子钟、光学时频传输、原子陀螺仪与重力仪，以及用于高灵敏度检测与目标识别的光量子雷达、磁场精密测量、物质痕量检测等。从技术产业发展现状来看，量子时频基准、磁力计、重力仪等逐步从实验室走向商用化，部分方向实现产品迭代；量子惯导和目标识别等处于技术萌芽期，距离产品化较远。

　　张海懿认为，从未来主要或潜在应用场景来看，国防军工、航空航天、定位导航、地质／资源勘测和生物医疗等众多行业领域都将与量子测量技术相关。从技术产业未来发展趋势来看，量子测量技术整体处于实验室研发和原型机攻关阶段，如何走出实验室在工程化应用场景中实现落地，样机整体能力指标如何满足实际场景中全方位应用需求，仍需进一步探索和突破，同时量子测量应用领域分散，单一领域产业规模有限，产业推动力有待加强。

　　“我国高度重视量子信息领域发展，近年来取得一系列重要进展，产学研协同和产业生态培育等工作也逐步得到重视。”展望未来，张海懿表示，“为加快推进我国量子信息领域持续发展，我认为未来需要依托QIIA等产业联盟平台，在加快关键技术攻关、保障自主供给能力、加强产学研用协同、推进未来产业培育等方面，进一步聚力加快发展，争取取得更多技术、应用与产业化成果。”（记者　岳悬）

　　转自：人民邮电报