照亮未來之光

近年來，量子信息技術已成為未來國家科技發展的重要領域之一，世界科技強國都對其高度重視。近年來，歐美國家紛紛啟動了國家級量子科技戰略行動計劃，大幅增加研發投入，同時開展頂層規劃及研究應用布局。此外，包括ETSI、IEEE、ITU-T等國際標準化組織紛紛成立量子信息技術相關研究組和標準項目并開展工作。

2020年10月的時候，中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行第二十四次集體學習，中共中央總書記習近平在主持學習時強調，當今世界正經歷百年未有之大變局，科技創新是其中一個關鍵變量。要充分認識推動量子科技發展的重要性，加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局，把握大趨勢。實際上，我國對量子信息技術發展與應用同樣高度重視，此前國務院發布多項文件，指導量子信息技術研究與應用;科技部和中科院通過自然科學基金等形勢對量子信息科研給予支持等等。

當今世界正經歷百年未有之大變局，也是我國謀劃“十四五”布局的重要時期，中央領導集體學習量子科技釋放重要信號，“發展量子科技對促進高質量發展、保障國家安全具有非常重要的作用”，站在國家發展戰略的高度來看，意味著量子科技技術和產業發展進入攻關期。所以，國家核心領導層對于量子產業重點的關注，正是意味著我國量子通信產業的發展進入新階段。

量子通信的無限潛能

量子信息技術主要包括量子計算、量子通信和量子測量三大領域。在量子通信領域，我國具備先發優勢，位居世界第一梯隊，已經取得一批具有國際影響力的重大創新成果，并吸引了大量人才和資本進場。當前第二次量子科技革命的序幕已經拉開，各國正在競相布局量子科技領域。從頂層設計、戰略投資再到人才培養等，歐美發達國家的政府、科研機構和產業資本都在加速進行戰略部署。

從原理提出到現在，量子科技經過了近30年的技術研發，它不僅是我們的國家戰略，實際上也是全球的高科技戰略。2018年12月，美國啟動了為期十年的國家量子行動計劃，2020年又發布了美國量子網絡的戰略構想。與此同時，英國、歐盟，德國近幾年也都紛紛啟動了相關的量子技術計劃。歐盟早在2016年就宣布10億歐元預算規模的“量子技術旗艦計劃”;德國計劃在2021年建成該國首臺量子計算機，并在5到10年后推動相關新技術在工業領域的應用;英國2014年設立“國家量子技術計劃”，每年投資2.7億英鎊用于建立量子通信、傳感、成像和計算四大研發中心;日本2013年就計劃未來10年投入400億日元研發量子信息技術。

量子科學家在研究中發展了量子調控技術，從而催生了量子信息技術。量子調控技術是什么樣子呢？比如拿一杯水讓你喝掉一口，就像一個經典的技術，很簡單。但是請你喝掉一個水分子，這在技術上變成非常困難的問題，一旦你掌握了這種技術之后就可以做很多事情，就可以對量子狀態進行主動調控。目前這個技術有兩個典型應用，一個叫做量子通訊，它可以提供一種原理上是無條件的安全的通訊方式，利用量子計算可以提供一種超快的算力。

量子通信主要分量子隱形傳態（QuantumTelep or t a t ion，簡稱 QT）和量子密鑰分發（Quantum Key Distribution，簡稱 QKD）兩類。QT基于通信雙方的光子糾纏對分發（信道建立）、貝爾態測量（信息調制）和幺正變換（信息解調）實現量子態信息直接傳輸，其中量子態信息解調需要借助傳統通信輔助才能完成。QKD通過對單光子或光場正則分量的量子態制備、傳輸和測量，首先在收發雙方間實現無法被竊聽的安全密鑰共享，再與傳統加密技術相結合完成經典信息加密和安全傳輸，基于QKD的保密通信稱為量子保密通信。

其中，安全是一個重要話題，我們首先要清楚為什么要發展量子通信保密系統？在當前波詭云譎的國際環境下，我國面臨的信息安全形勢錯綜復雜，在政務、金融、外交和關鍵基礎設施等領域，提高信息安全保障能力的需求較為緊迫，對量子保密通信技術帶來的長期信息安全保障能力有客觀需求和應用前景?？梢哉f，量子通信方面，量子通信被看作信息安全傳輸的“保護盾”，為破解信息加密“瓶頸”提供了解決方案。

近年來，我國在量子保密通信方面取得了突出的成績，2017年，中科大基于“墨子號”量子科學實驗衛星，實現星地之間QT傳輸;中科大及其產業公司開展了“京滬干線”和國家廣域量子保密通信骨干網絡建設一期工程等QKD網絡建設項目等等。目前量子保密通信產業鏈已經有眾多參與企業，據不完全統計，國內A股上市企業就有39家公司擁有量子通信概念，還不包括眾多創業公司，量子通信產業鏈一片火熱。

同時，在量子計算方面，也是各國重點攻關發展的領域。量子計算的核心優勢是可以實現高速并行計算，在特定算法上計算效率比經典計算機要快一億倍。用專家的話說，量子計算是“未來計算技術的心臟”。谷歌、微軟、英特爾等西方科技企業在量子計算領域擁有先發優勢，中國科技大學、清華大學等高校近年來在量子計算領域取得一些階段性成果。百度、阿里巴巴、騰訊、華為等科技企業也相繼出臺了量子計算研究計劃。整體上看，我國量子計算與發達國家處于同一水平線。雖然量子計算機距離大規模普及還有很長的路要走，但可預見的前景非常廣

商業化是良性開端

隨著量子通信技術進入實用化階段，并不斷開展試點應用和網絡建設，進一步提升其實用化和商用化水平成為科研機構和產業鏈上下游關注和技術演進的主要方向。有意思的是，量子力學在第一次量子革命當中催生了現代信息技術的發展，經過百余年的發展過程，它自己已經為解決這些問題做好了技術的準備。

從報道中可以看到，各地均在積極進行量子產業布局，攻克相關難題。目前來看，量子通信將主要面向量子通信骨干網、城域網、行業專網等領域提供量子通信設備。同時為了滿足政府、金融、醫療、教育等等海量泛在應用場景下的極致安全需求，提供量子通信解決方案及相關服務。

此外，前面提到的量子保密通信技術的產業應用和市場化推廣，也需要自身技術成熟度、設備工程化、現實安全性和可靠水平的不斷提升，從而滿足規?；瘧貌渴鸷瓦\維管理等方面的條件和要求。同時將政策支持的優勢真正轉化為核心技術和產品功能性能的優勢，進一步提升系統工程化水平和解決方案性價比，是應用發展演進和產業做大做強的關鍵所在。

那么量子技術走向實用到底需要多長時間？業內專家表示，在量子通訊方面，尤其是量子保密通訊已經比較成熟了，我們可以非常方便地利用傳統的光纖網絡來進行量子密鑰的分發，實現城域的量子保密通訊，利用中繼可以實現城市間的量子通訊，來自衛星遠距離支持之下可以開展廣域的量子通訊。這在過去20年中，我們國家的很多學者、團隊都做了一些工作。按照目前的技術發展，大約最快三年之后，收發端就可以集成到傳統的通信系統里面，它的大小大概就是手機大小。因為起步較早，這些核心器件都已實現國產化。它的應用也比較簡單，就是在傳統光纖里面加一些輔助的設備，可以把密鑰送到千家萬戶，如果不是絕密的內容，也可以跟經典的加密算法結合在一起進行安全和效率雙兼顧的保密通訊，其穩定性跟傳統的光通訊是一致的。

目前，中國在國際通信聯盟和國際標準化組織里面都在牽頭進行量子密鑰分發的安全的要求和評估方法。

聊聊量子通話手機

前不久有媒體報道稱，中國電信與國盾量子目前正在研發一個支持量子安全通話的手機項目，該項目將由雙方剛剛成立的合資公司，即中電信量子科技有限公司負責推進，所研發的手機將面向民用市場，帶有量子通話功能，預計在今年年底或明年年初推出，從中國電信的渠道向消費者分發。中國電信表示，該手機項目確在研發中，但更多細節還暫不確定。

本質上講，它走的是量子密鑰資源移動化使用的思路，將量子密鑰的移動分發轉化為更加實際的密鑰資源的移動使用，解決了從量子密鑰分發固定網絡到移動終端的“最后一公里”問題，手機只是量子密鑰資源移動化使用的載體。

量子通話手機本質上是個手機，不是時光機也不是傳送機，量子隱形傳態、量子計算這樣的能力就不要想了，它不會超出現在的手機能力范疇，它更不會顛覆5G。量子通話手機如果給它加個定語是更合適的，內置量子密鑰分發功能的手機。它是兩個功能的疊加，手機通信功能與量子密鑰分發功能，它的難點并不是基礎理論而是工程技術創新。如何在規模商用的手機中，把量子保密的特性加載進去，要解決一些手機本身的工程技術問題。

換個角度理解，對于有安全要求的用戶，可以用U盾或者TF卡方式，實現移動終端用戶與應用系統之間的身份認證以及保密傳輸，提供身份認證與安全通信保障。但以U盾為例，沒有幾個人愿意隨身攜帶，內置是必然的。其實，三星推出過這樣的產品，Galaxy A Quanyum 5G量子智能手機已經在韓國上市了。這款手機中搭載了QRNG（量子隨機數發生器），QRNG的使用可以提高手機的安全性。中電信量子科技應該不會采用三星的技術思路，具體的實現方式還需要進一步了解。

當然，對于普通消費者而言，短期內沒有太大意義。從2G開始，移動通信網絡在每個代際演進中，安全性能在不斷增強，我們現在所用的4G/5G網絡，網絡本身的安全性已經很高了。量子通信短期內所面對的是追求絕對安全的市場和用戶，對于普通用戶來說還不是迫在眉睫的事。寧德時代在一份聲明中表示，該公司也計劃在高鎳化學、大電池和集成結構方面進行研究和投資，并將它們視為使電動汽車成為主流的關鍵因素，而這些都是特斯拉技術發展路線圖的一部分。

寫在最后：

量子信息技術近年來一直是各國科學研究的熱點，其熱度甚至不亞于當前最為火熱的人工智能和5G。此次最高層關于前沿技術的學習放在量子技術上，表明量子領域發展即將進入快車道并有望迎來政策方面更大的扶持力度;同時量子的戰略價值被認可，有望引領新一輪科技革命和產業革命。

邁入2021 年，“十四五”時期即將到來，發揮好新型舉國體制優勢進行關鍵技術攻關，發揮好資本市場助力科技創新發展的方向，引導資本積極主動投入相關產業進行產業化孵化，量子科技有望進入高速發展時期，我國將有望在全球范圍內引領量子科技產業的發展，為促進高質量發展和國家安全作出巨大的貢獻。也就是說，量子科技產業必然會成為“十四五”時期重要的科技賽道被重點關注，從頂層設計、前瞻布局，到政策支持體系，再到基礎研究突破和關鍵核心技術攻關，還有高水平人才隊伍的培養等方面，有望陸續迎來政策支持實質性利好，也將吸引更多的金融資本和產業資本投入，共同做強量子科技產業。