2018-12-19 15:35

　　大家好，我代表研究团队给大家汇报一下量子信息技术发展应用的研究报告。量子信息技术是信息网络领域中的研究方向，量子在国内这几年确实比较火，我们希望通过此研究报告提出一些中立客观的观点，对技术发展的态势，包括国际的发展态势进行介绍，供大家参考。

　　首先目前比较通用的一个判断是，量子科技革命第二次浪潮即将来临，为什么大家会有这个认识呢？从第一次爱因斯坦波尔这一代开始，他们从30年代创立了量子力学的理论之后，逐步的从科学到技术，引发了半导体、激光器、原子能等一系列科技革命，为信息网络的发展和演进奠定了基础。

　　进入90年代末到2000年初之后，随着人们对微观系统的观测和调控能力开始突破和提升，原来我们可以针对宏观的物质进行操作，比如说光的光强、相位、电流电压的操作，可以进一步提升精确到对光子、电子、原子的操作，为我们认识和改造客观世界提供了更加有利的视角和工具。

　　量子技术在全球是广受关注的，美国在2018年9月推出了国家量子行动计划（NQI）法案，进一步追加投资，还有一些新的战略规划。欧洲在2016年启动了量子宣言的计划，2018年10月启动了首批20个研究项目。我国从2018年开始论证了2030重大项目，还有国家实验室的筹建。我们国家可以说在量子技术领域属于同步发展，和国际是不存在代差的。

　　量子计算以量子比特为基本单元，通过量子态受控演化实现信息编码和计算存储，具有巨大信息携带量和超强并行计算能力。量子通信利用微观粒子的量子态或量子纠缠效应等进行密钥或信息传递，基于量子力学原理提供无法被窃听的安全性保证。量子测量，基于微观粒子，我们把观测对象进一步细化，对它进行测量的话，可以在精度、灵敏度和稳定性方面取得数量级的提升。

　　目前来看，经典计算的发展，现在已经是7纳米，以后会有3纳米，随着越来越小，也会进入到量子领域，这种经典计算还面临着架构，集成度带来功耗的难题，量子计算相当于利用量子叠加的特性，可以构造出一种超强并行的处理能力。目前量子计算的主要技术分类，包括量子计算的物理平台、编码算法、软件算法。量子计算处理器发展还是属于初期阶段，物理平台包括有超导、半导体等7、8种技术体系，目前还没有一种能解决所有问题。在编码方面，我们所说的量子计算优秀的特性，都是基于量子计算的纠缠，非常容易受外界的影响丧失纠缠的特性。

　　量子的算法软件，量子计算能带来算力处理的优势，是解决某些特定问题的时候才能体现出来。怎么把量子计算的能力适配到特定问题上，需要量子计算和软件进行配合。目前处于初级阶段。

　　量子计算可以把它分为两个，一个是专用量子计算，现在已经有了几十个上百个物理比特构成这么一个计算平台，再结合我们特殊处理问题上的算法，可以形成一个专用的量子计算处理器，这个处理器可能是在未来5年业内专家，包括国内外比较认可的技术，大家在未来5年会找到某些应用，证明量子计算相比传统计算在特定问题上的优越性。

　　通用量子计算，我们有成千上万可容错，可进行独立操作的逻辑比特之后，算力会有大幅度的提升，这还是比较远的阶段，应该是十年之后。

　　未来的发展趋势，可能是量子计算和经典计算的融合，量子计算一方面需要经典计算对它进行包括操控等，另一方面量子计算可能成为经典计算的特殊处理器。在研究方面，美国投入非常巨大，而且影响了形成了从政府到科研机构到产业协同的良好局面，欧洲、日本和澳大利亚，他们和美国之间有一些比较好的联合公关成果。从产业巨头来看，谷歌、IBM等巨头已经成为推动量子计算发展的重要力量，近年来还有一个比较大的趋势，产业界、制造业等公司也开始关注投入量子计算，以现有专用的量子计算的处理器，就能达到在处理某些问题上能够比现有的计算提升一点点，即达到所谓的量子优越性（Quantum Supremacy）。

　　从量子比特提升来看，随着科技巨头的大力投入，量子物理比特的提升速度也是明显加快了，过去三年提升了8倍。从专利角度分析，我国量子计算专利的申请数量增长比较明显，全球今年来也是呈现增长的趋势，体现了研究发展的水平。

　　我国量子计算研究机构为主，在基础理论包括各种物理实现的技术路线上和算法上也都有一些布局，今年来取得了国际先进水平的成果。从国内的科技巨头来看，阿里巴巴、腾讯、百度等也关注投资量子计算，相比国外来讲还是参与度比较晚，还是有一定的差距。

　　量子计算面临的问题和挑战是三方面，从技术的整体技术发展程度来看，大规模量子比特，我要实现一个逻辑比特，需要成千上万的物理比特，目前来说，各方面的性能指标还没有达到。另外纠错编码效率还有纠错的能力还没有那么好。超越经典计算所谓的优越性，还没有找到一个合适的场景把它体现出来。

　　第二，我们国家量子计算主要是由科研机构主导的，各方的力量结合还不够充分，缺乏像美国协同发展的模式。在一些量子计算的物理平台关键的高质量的材料、样品、结构、工艺，包括设备和操作系统方面，存在一些受制于人的风险。

　　第二是量子通信。我们要谈量子通信，要先问一个问题，你是谈量子通信里面的什么？量子通信其实有一些分支，我们就量子通信来谈量子通信，大家会造成不必要的争议。有的人说这不是通信，有的人说这只是密码，我们要搞清楚说的是什么分类。我们国内的语境里面讨论的我们看到很多的建设，我们看到很多的新闻，我们看到很多的信息，更多的是量子密钥分发，它只是传一些随机的量子态生成密码，不能传输信息。从发展的图可以看得很清楚，实现量子信息传输的隐性传态技术，目前还是理论研究和实验探索阶段。从2018年欧洲的旗舰项目部署建QT实验网的项目，包括美国研究的布局来看，QT应该是下一步量子通信发展的重点。

　　我们国家也大力的进行了量子密钥分发和量子保密通信的投入和网络的建设，出现了一些产业化的公司。

　　量子隐形传态可以把它分成三步，第一步就是信道建立，怎么样得到高品质确定的纠缠源，怎么在分发的过程中纠缠的特性不退化。一旦建立起这个纠缠，信息的发放通过另一个量子态进行测量之后，或需要一个辅助，需要通过经典通信辅助，把这个测量结果告诉收方，收方做一个纠缠的操作，把这个量子态信息恢复过来，这样就实现的隐性传态的过程。近年来有一些研究进展，包括宏观物质之间观测到量子纠缠的效应，还有欧洲开始布局一些建立量子隐性传态实验网的计划。

　　第二种是量子密钥分发，我们在国内听到很多的是基于量子密钥分发的保密通信。只是说我用了一些给我提供的密钥，进行对称机密的处理。量子密钥分发技术中还有系统的分类、协议的分类，包括后处理算法的分类。

　　目前量子保密通信面临的技术瓶颈，SPD的探测效率是比较低的，成为限制它的主要瓶颈。后处理算法的效率也是一个限制因素，我们没有量子中继的技术传输的实验方案，目前依靠点到点的密钥落地，系统的安全性也需要进行测试和验证。

　　量子保密通信面临的问题，它是一个保密通信技术的解决方案，它的应用场景目前来看是比较有限，在系统集成度比较低，前期投入门槛比较高的情况下，像电信级或消费级领域的扩展就会受到影响和限制。同时还存在着技术竞争，也会对量子保密通信形成竞争。

　　基于墨子号科学组网的分析，这个卫星的成果是具有国际先进性的，而且也体现出我国集中力量办大事的体制优势，难点是卫星光学通信的这一部分，墨子号这个量子卫星是实验性质的卫星。我国由于信息安全的形势比较复杂，国家比较重视，可能投入的数量包括网络建设的规模都比较大，从网络建设的数量和规模来看，已经是全球领先了。从2017年11月公布了一个新的国家量子保密通信骨干网络建设的一期工程，在原有的基础上增加武汉和广州骨干节点，相当于做一个组网成环的规划。

　　通过这些建设项目的拉动，我国量子保密通信产业链，包括基础研究，设备研发、安全运维的产业链基本形成，获得了初步的发展。

　　量子通信技术面临的问题与挑战，基础研究和关键技术待突破，物理学界还缺少大一统的理论来解释所有的现象。量子存储和量子中技的技术还不成熟。还有商用的传输能力比较有限。产业方面来看，应用场景比较有限，目前产业链的建立和培育相对比较困难。

　　第三是量子测量技术，经典测量技术随着测量的精度和测量操作观测的维度越来越精细，有一些难以突破的极限。基于量子纠缠等一些独特的性质，对被测系统的量子体系进行物理量的变化，信息输出，就是量子测量。

　　量子测量的技术体系，它的操作对象是一些量子的微观粒子系统，利用其中的叠加、纠缠、相干等特性进行测量，其中包括量子态的操作和检测技术。在量子测量专利分析的角度来看，专利申请的数量增长比较迅速，专利申请人来看，欧美集中在科技公司，我们国家集中在科研院所和大学。

　　惯性导航方面有不同的路线，核磁共振的技术发展是最为成熟的，可以在自动驾驶、无人机、潜艇或者是导弹方面有一些广阔的应用前景。

　　在量子重力测量方面，技术路线都差不多，高精度的喷泉式的重力有望成为基础科研的有利工具。测量时间基准应该是一个传统领域。量子目标识别，是所谓的量子雷达，这里面也是分一些分类，分为干涉式和照射式、增强型等。

　　美国在量子测量的五个主要领域里面都是保持世界纪录的，我们国家近年来也有一些取得了非常好的发展，逐步的开始缩小差距。

　　主要面临的挑战和问题，量子测量对操控和检测的机制要求比较高，有一些问题瓶颈，技术的成熟和规模的商用，目前来看仍有一定的距离。从我国来看，可能在测量或者是仪器仪表的项目申报或者考察过程中，可能存在一些比较突出个别指标的优势、先进性，对于整机的实用化或者保障机制不够，没有实现从研究到应用的闭环。量子测量领域比较特殊，涉及的应用领域很广，研究机构和行业企业之间的研究合作交流比较有限。

　　量子通信已经探索量子信息网络，进一步提升性能指标工程化和使用化水平。在量子测量方面，成为各领域传感测量技术的升级发展演进的方向，它不同的领域获得具体的实用化可能需要更长的时间。从国际发展态势来看，美国还是比较领先的，欧洲和日本、澳大利亚的合作比较多，中国近年来和国际发展水平基本保持同步，总体来看还是科学研究的跟随者和贡献者的角色比较多。

　　建议策略，明确研究重点的发展方向，打破瓶颈构建优势，将政策支持的优势转化为核心技术的优势。

　　第二，补齐产业发展的短板。量子信息技术需要工业基础设施的配套，我们国家在这里面有短板，需要补齐。在软件、测试等工程化的人才团队要加强。

　　第三，加强顶层设计和优化科研管理制度。完善科研的评价体系，不以文章来进行评价，经费管理方面更加灵活。

　　建立合作平台的机制，推动产业发展，开展应用研究，组建公共创新平台和产业发展联盟，促进产学研用的合作和转化。谢谢大家！