我國量子信息技術(shù)發(fā)展問題及建議

近年來，量子信息技術(shù)發(fā)展迅速，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。量子信息技術(shù)主要包括量子精密測量、量子通信和量子計(jì)算，其通過量子特性突破經(jīng)典技術(shù)瓶頸，量子精密測量提升測算精度，量子通信保證通信安全，量子計(jì)算提升算力算速。國際政界及高端智庫對量子信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)研究高度重視加大投入，其發(fā)展會(huì)深刻改變未來網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，對未來網(wǎng)絡(luò)安全甚至國家安全帶來重大影響。

一、國內(nèi)外量子信息技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

全球來看，量子信息技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化仍處于探索階段，蘭德公司發(fā)布報(bào)告預(yù)測，量子精密測量可能在未來5年內(nèi)向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，量子通訊和量子計(jì)算需要10年以上的孵化周期。

（一）技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在起步

量子精密測量由于不涉及目前難以掌控的量子糾纏特性，未來幾年量子測量可能達(dá)到商業(yè)上的成熟，在生物醫(yī)學(xué)成像、增強(qiáng)成像、通信雷達(dá)和精密導(dǎo)航等領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用；量子通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的量子隱形傳態(tài)、超低溫環(huán)境、操控粒子數(shù)量和操控精度等技術(shù)瓶頸尚未突破，量子通信網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)際部署，大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，多年內(nèi)都難以商業(yè)化；量子計(jì)算領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)目前遠(yuǎn)未成熟，量子存儲(chǔ)器、量子中繼和量子算法等關(guān)鍵環(huán)節(jié)都處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，大規(guī)模商業(yè)化部署幾無可能，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展比較遙遠(yuǎn)。

（二）各國加大投入，重心各有不同

美國擁有谷歌、IBM、霍尼韋爾、微軟等眾多巨頭企業(yè)，聯(lián)合政府部門、科研院所和初創(chuàng)企業(yè)形成合力，在基礎(chǔ)理論、量子處理器和應(yīng)用探索等方面占據(jù)優(yōu)勢地位；歐盟很早就意識到量子信息技術(shù)潛力，2010年發(fā)布量子信息處理和通信專題報(bào)告，提出未來發(fā)展目標(biāo)，致力加強(qiáng)成員內(nèi)部協(xié)調(diào)發(fā)展；英國積極提升量子信息戰(zhàn)略地位，2014年發(fā)布國家量子信息技術(shù)計(jì)劃，投資2.7億英鎊建立量子信息技術(shù)研發(fā)中心，搭建產(chǎn)學(xué)研用機(jī)制，致力在未來量子信息技術(shù)市場搶占先機(jī)；我國在量子加密網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域發(fā)展迅速，發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，部署建設(shè)全球最大的量子密鑰分發(fā)（QKD）網(wǎng)絡(luò)，星地量子通信研究和示范應(yīng)用探索處于領(lǐng)先地位。2023年10月，255個(gè)光子的“九章三號”量子計(jì)算原型機(jī)成功構(gòu)建，再度刷新光量子信息技術(shù)世界紀(jì)錄。

（三）量子密鑰分發(fā)的建設(shè)應(yīng)用是主要分歧

量子密鑰分發(fā)技術(shù)是采用特定算法加密，借助經(jīng)典信道傳輸實(shí)現(xiàn)保密通信，由于在產(chǎn)生分發(fā)密鑰中不涉及量子糾纏特性，被認(rèn)為是量子通信的初步階段。當(dāng)前，我國建設(shè)范圍廣泛的量子加密網(wǎng)絡(luò)，利用量子不確定性、不可克隆性保證信息傳輸安全，支持政府機(jī)關(guān)、金融機(jī)構(gòu)等領(lǐng)域的加密通訊，防止惡意攔截和破壞。部分國家則認(rèn)為量子密鑰分發(fā)具有一定風(fēng)險(xiǎn)，通信鏈路過于復(fù)雜存在潛在漏洞，轉(zhuǎn)而致力研發(fā)新型加密算法，用于未來量子通信網(wǎng)絡(luò)的部署應(yīng)用。

二、我國量子信息技術(shù)發(fā)展存在問題

量子信息技術(shù)潛力巨大，未來發(fā)展直接威脅目前應(yīng)用廣泛的公開密鑰加密技術(shù)，但是目前實(shí)現(xiàn)路徑未到技術(shù)收窄階段，大范圍產(chǎn)業(yè)規(guī)模和應(yīng)用場景尚未出現(xiàn)。我國量子信息技術(shù)創(chuàng)新體系仍不完善，孵化培育有待加強(qiáng)，在芯片制造、超低溫環(huán)境、新材料研發(fā)等方面存在短板，同時(shí)還應(yīng)考慮可能遭遇的外部打壓。

（一）技術(shù)攻關(guān)體系仍不完善

多數(shù)量子應(yīng)用的商用條件極其苛刻，如量子通信網(wǎng)絡(luò)的加密芯片需要極其嚴(yán)苛的溫度控制，相關(guān)基礎(chǔ)研究和技術(shù)攻關(guān)有待突破。量子信息的應(yīng)用落地需要商用軟件、標(biāo)準(zhǔn)體系、支撐設(shè)備的全面支撐，目前的配套體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有待完善。材料器件方面，量子信息技術(shù)研發(fā)依賴的設(shè)備材料，如半導(dǎo)體、新材料和超低溫設(shè)備等主要依賴進(jìn)口，技術(shù)研究和產(chǎn)品研發(fā)的供應(yīng)鏈條存在薄弱環(huán)節(jié)。

（二）協(xié)同攻關(guān)和培育體系薄弱

一是技術(shù)研發(fā)協(xié)同攻關(guān)未形成規(guī)模體系。量子科技屬于前沿領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)裝置昂貴且精密，當(dāng)前企業(yè)研發(fā)多依托高校開展，缺少通用有效的技術(shù)交流平臺(tái)，校企共同探索和溝通合作范圍有限，科研成果難以有效轉(zhuǎn)化。二是研發(fā)布局應(yīng)加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃。各省份量子信息發(fā)展程度相差較大，北京、上海、合肥等地依托重點(diǎn)高校和龍頭企業(yè)發(fā)展較快，但部分地區(qū)發(fā)展緩慢，未來應(yīng)依托國內(nèi)成熟產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，匯集資源形成基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)合力。三是人才缺口較大。量子信息技術(shù)是新興科技領(lǐng)域，準(zhǔn)入門檻高，研發(fā)難度大，僅有少數(shù)高校開設(shè)量子信息相關(guān)專業(yè)，多數(shù)企業(yè)處于前期投入和探索階段，理論研究、工程實(shí)踐和設(shè)備研發(fā)人才稀缺。

（三）量子信息技術(shù)可能遭遇外部打壓

事關(guān)未來網(wǎng)絡(luò)通信甚至影響國家安全，量子信息技術(shù)成為外部勢力重點(diǎn)打壓對象的可能性較大。2021年11月，美國商務(wù)部工業(yè)與安全局修訂《出口管理?xiàng)l例》，將來自我國的12家實(shí)體列入清單，包括合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、科大國盾量子、上海國盾量子等，理由為“試圖獲取美國原產(chǎn)物品以支持軍事應(yīng)用”。2024年5月，美國實(shí)體清單新列入22家中國量子科技研發(fā)機(jī)構(gòu)，包括中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院物理研究所、中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、合肥量子信息科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室、本源量子、北京量子信息科學(xué)研究院，以及中國電科集團(tuán)旗下多家研究所等，幾乎囊括國內(nèi)一線量子科研機(jī)構(gòu)。因此，國內(nèi)在建設(shè)量子加密網(wǎng)絡(luò)時(shí)，遵循技術(shù)研發(fā)、設(shè)備終端和市場要求的產(chǎn)品創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)路徑，與以往需求倒逼研發(fā)的進(jìn)展模式存在差別，更應(yīng)注重自主研發(fā)和創(chuàng)新。

三、我國量子信息發(fā)展的措施建議

（一）加強(qiáng)協(xié)同合作與定向研發(fā)

發(fā)揮地域優(yōu)勢，在粵港澳、長三角等成熟的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，整合科研院所、企業(yè)機(jī)構(gòu)和高等院?，F(xiàn)有力量，細(xì)分技術(shù)路線和研究領(lǐng)域，聚焦量子算法、量子編程語言和編譯器、量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)、量子芯片研發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，統(tǒng)籌規(guī)劃，深度融合各方資源，形成高效聯(lián)動(dòng)的研發(fā)協(xié)作機(jī)制。

（二）建設(shè)量子信息技術(shù)研究機(jī)構(gòu)

依托量子信息發(fā)展優(yōu)勢地區(qū)、重點(diǎn)企業(yè)和高等院校，規(guī)劃建設(shè)量子科技研發(fā)機(jī)構(gòu)，在量子光科學(xué)、量子精密測量、量子存儲(chǔ)和量子中繼等方面加大研發(fā)投入，尋求重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)突破。依托具有專業(yè)能力的研究機(jī)構(gòu)，建立量子信息技術(shù)發(fā)展聯(lián)盟，匯聚優(yōu)秀資源、技術(shù)力量和專家團(tuán)隊(duì)，舉辦技術(shù)研討會(huì)、產(chǎn)品供需會(huì)和創(chuàng)新競賽等活動(dòng)。

（三）梳理量子信息技術(shù)研發(fā)生產(chǎn)現(xiàn)狀

系統(tǒng)梳理量子芯片研發(fā)和加密網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域生產(chǎn)鏈條，明晰關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)，增強(qiáng)抗擊打壓能力。研究分析國內(nèi)科研院所、企業(yè)機(jī)構(gòu)和高等院校量子信息技術(shù)研發(fā)的科研設(shè)備、技術(shù)實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)品現(xiàn)狀，對關(guān)鍵設(shè)備及材料來源進(jìn)行細(xì)致摸查，對芯片制造、新材料研發(fā)、超低溫環(huán)境等生產(chǎn)鏈條詳細(xì)梳理，做到心中有底，謀劃提升抗壓能力。

（四）培育骨干和中小企業(yè)

支持量子信息骨干企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和提升研發(fā)能力。培育專注于細(xì)分市場、成長性好的中小企業(yè)，促進(jìn)企業(yè)做精做專，提高產(chǎn)品生產(chǎn)工藝和性能。吸引國內(nèi)外行業(yè)專家、頂尖人才組建專家智庫，打造量子科技創(chuàng)新隊(duì)伍。鼓勵(lì)科研院所、重點(diǎn)高校和骨干企業(yè)開展聯(lián)合培養(yǎng)，提升技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品研制復(fù)合人才的供給能力。支持骨干企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)建立量子信息技術(shù)人才激勵(lì)機(jī)制，按照相關(guān)政策享受配套服務(wù)。

作者單位：工業(yè)和信息化部電子第五研究所、廣東省數(shù)字電網(wǎng)技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室