本文來自微信公眾號“天翼智庫”，作者/常夢飛、李洋。
習(xí)近平總書記在中共中央政治局第二十四次集體學(xué)習(xí)中強調(diào)，要充分認識推動量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢，下好先手棋。
2023年10月3日，歐盟公布了敏感技術(shù)清單，包括半導(dǎo)體、量子信息、人工智能等，并稱這些技術(shù)不應(yīng)該落入競爭對手之手。此前，美國白宮在8月簽署了一項行政命令，禁止對中國計算機芯片、量子信息等領(lǐng)域進行投資。美、歐在持續(xù)加強量子領(lǐng)域研究的同時加大對我國量子領(lǐng)域的限制，可見量子信息技術(shù)在大國科技博弈中的重要地位。
什么是量子信息？量子信息在未來又如何發(fā)揮作用？
量子信息是量子力學(xué)與信息科學(xué)的融合
量子信息指基于量子力學(xué)原理的一類新興技術(shù)，主要涵蓋了量子計算、量子通信、量子精密測量、量子模擬和量子材料等領(lǐng)域。2023年9月，國家知識產(chǎn)權(quán)局辦公室在其印發(fā)的《關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)專利分類體系（2023）》中指出，量子信息技術(shù)包括量子計算、量子通信、量子測量3個一級技術(shù)分支。當前，各國的量子信息產(chǎn)業(yè)也聚焦在這三大方面。
圖1量子信息三大方向
其中，全球量子計算技術(shù)目前不斷取得突破，但商業(yè)應(yīng)用還處于早期階段，其最終目標是發(fā)展出能夠廣泛應(yīng)用于各種計算任務(wù)的量子算法和硬件。
量子通信應(yīng)用相對成熟，我國已經(jīng)建成量子通信“京滬干線”、發(fā)射了“墨子號”衛(wèi)星，中國電信已經(jīng)在合肥市建成全球規(guī)模最大的量子保密通信城域網(wǎng)。量子通信主要包括物理層面的量子密鑰分發(fā)技術(shù)（QKD）和數(shù)學(xué)算法層面的后量子密碼技術(shù)（PQC）。
量子精密測量的主要應(yīng)用是量子鐘與量子慣性導(dǎo)航。原子鐘所帶來的時間頻率的精密測量是當前精度最高的基本物理量，而量子慣性導(dǎo)航可以實現(xiàn)不依賴外部信息的高隱蔽性、高精準度導(dǎo)航。
量子技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了兩次革命
全球經(jīng)歷了兩次量子革命。第一次量子革命始于普朗克在1900年提出量子假說，愛因斯坦、波爾、薛定諤等科學(xué)巨匠探索量子力學(xué)理論，推動量子力學(xué)在20世紀前期的發(fā)展。
第二次量子革命是量子信息革命，量子力學(xué)與信息科技的融合使量子計算、量子通信等技術(shù)得到了快速的發(fā)展。
圖2第二次量子革命里程碑
量子信息成為全球科技爭奪的焦點
1.各國不斷出臺政策支持量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展
2018年，美國接連發(fā)布《量子信息科學(xué)國家總體戰(zhàn)略》、《國家量子計劃法案》，旨在加強基礎(chǔ)研究、推進量子技術(shù)研發(fā)、加快生態(tài)體系構(gòu)建，以確保美國在全球前沿科技競爭中的領(lǐng)先地位。。2022年7月，美國眾議院通過了《量子計算網(wǎng)絡(luò)安全防范法案》，這標志著美國開始加緊量子信息技術(shù)發(fā)展。2023年6月，美國國家量子計劃咨詢委員會（NQIAC）發(fā)布《更新國家量子計劃：維持美國在量子信息科學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位建議》報告，進一步提出下一步量子信息發(fā)展計劃。美國相關(guān)部門認為，量子信息技術(shù)將對競爭對手關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成威脅，可以作為影響國家安全的重要手段。因此，對于量子信息領(lǐng)域的主導(dǎo)權(quán)將成為未來國際競爭的科技制高點。
歐盟早在2016年就提出《量子宣言》，并在2018年推出量子技術(shù)旗艦計劃。2023年7月，歐洲政策中心發(fā)布《歐洲量子網(wǎng)絡(luò)安全議程》，指出歐盟應(yīng)加強應(yīng)對全球量子網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險，打造自身優(yōu)勢身位；日本長期以來將量子技術(shù)作為未來科技長期研發(fā)目標，在2020年制定了《量子技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略》，2022年4月再次發(fā)布《量子未來社會愿景》；2023年6月，韓國也發(fā)布了《國家量子科技戰(zhàn)略》，目標成為全球量子網(wǎng)絡(luò)中心。
我國在“十四五”規(guī)劃、二十大報告中也多次提到量子信息技術(shù)，指出要加強量子信息發(fā)展，實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的重大科技項目。習(xí)近平總書記也在不同場合強調(diào)，“要充分認識推動量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局”?？梢娏孔有畔⒓夹g(shù)在全球科技戰(zhàn)略中的主導(dǎo)地位。
2.全球量子技術(shù)發(fā)展進入“量子霸權(quán)”競賽
超導(dǎo)量子計算機方面，2019年，谷歌“懸鈴木”以53比特首次實現(xiàn)“量子優(yōu)越性”（量子霸權(quán)）；2021年，我國中科大研究團隊發(fā)布66比特量子計算機“祖沖之二號”，速度較“懸鈴木”提升6個數(shù)量級；2023年，谷歌再次發(fā)布“懸鈴木二號”，具有70個量子比特，據(jù)稱計算速度比其第一代提高241億倍。
光量子計算機方面，2020年中科大發(fā)布“九章”光量子計算機，具備76個光子，實現(xiàn)量子優(yōu)越性；2021年，中科大發(fā)布“九章二號”，將光子提升至113個；2022年，加拿大Xanadu公司與美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)合作推出具有216個光子的“北極光”光量子計算機超越我國；2023年，中科大“九章三號”量子計算機以255個光子再次實現(xiàn)量子優(yōu)越性。
3.量子計算不斷突破對傳統(tǒng)安全加密體系形成威脅
傳統(tǒng)加密標準主要依賴于數(shù)學(xué)算法，現(xiàn)有技術(shù)條件下一般認為這些算法在合理的時間段內(nèi)都不可破解，但量子計算的應(yīng)用將極大縮短密碼破譯時間。谷歌的研究顯示，利用超級計算機破解2048位的RSA加密信息需要80年，而利用量子計算機僅需要8小時。在此基礎(chǔ)上，未來量子計算機的應(yīng)用將顛覆現(xiàn)有加密算法體系。
當前，量子計算機距離解決現(xiàn)實密碼問題的實用化還需要較長時間（5-10年），但信息基礎(chǔ)設(shè)施的預(yù)防性更新及遷移已經(jīng)開始。2022年，美國白宮要求各機構(gòu)在運行量子計算機之前開始向抗量子密碼遷移。2023年，美國網(wǎng)絡(luò)安全與基礎(chǔ)設(shè)施安全局(CISA)、美國國家安全局(NSA)和國家標準與技術(shù)研究院(NIST)聯(lián)合發(fā)布《量子準備：向后量子密碼學(xué)的遷移》，敦促美國各組織實體開始向具備量子安全的加密標準遷移，以應(yīng)對具有較長保密期限的數(shù)據(jù)在幾年后被量子計算機破解的風(fēng)險。在量子計算不斷取得重大突破的現(xiàn)狀下，量子通信與安全發(fā)展刻不容緩。
4.廣泛的應(yīng)用場景推動各國加速對量子技術(shù)的研發(fā)攻堅
由于經(jīng)典計算機的比特之間存在競爭和沖突，導(dǎo)致運算速度受到限制。而量子比特之間不存在競爭和沖突，因此可以實現(xiàn)更高的并行度和更快的速度。量子計算改變了經(jīng)典計算的邏輯，大大提高了并行運算的效率和速度，理論上具備遠超經(jīng)典計算機的計算能力。數(shù)字時代，情報分析、人工智能、海量數(shù)據(jù)處理等應(yīng)用需要大規(guī)模算力支撐，量子計算的發(fā)展為全球算力瓶頸帶來了新的解決方案。
化學(xué)領(lǐng)域，量子計算可以模擬化學(xué)分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)，可以加速藥物研發(fā)、優(yōu)化材料設(shè)計等；能源領(lǐng)域，量子計算可以快速模擬不同能源系統(tǒng)的交互作用，助力能源生產(chǎn)和分配的效率提升；人工智能領(lǐng)域，量子計算可以加速數(shù)據(jù)挖掘算法迭代，以提高復(fù)雜問題的解決能力。
加強量子信息技術(shù)爭奪的啟示
加快量子信息基礎(chǔ)研究和應(yīng)用。我國應(yīng)持續(xù)提升對量子信息基礎(chǔ)研發(fā)的投入，建立一批具有國際影響力的量子信息研究機構(gòu)，推動量子信息技術(shù)的理論創(chuàng)新和實踐突破，提高量子信息技術(shù)的創(chuàng)新能力和核心競爭力。
完善量子信息領(lǐng)域的政策支持。制定促進我國量子信息技術(shù)發(fā)展的政策措施，為相關(guān)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用提供必要的支持。盡快完善國家級量子信息安全發(fā)展藍圖，規(guī)劃實施路徑，促進量子信息行業(yè)有序發(fā)展。
積極參與國際量子信息領(lǐng)域的合作與交流。加強與國際領(lǐng)先國家量子信息相關(guān)研究、應(yīng)用的合作交流，建立國際合作對話機制，緊跟國際量子信息技術(shù)前沿，牽頭國際量子信息標準制定。
本文作者
常夢飛
戰(zhàn)略發(fā)展研究所
二級分析師
碩士，專注于通信行業(yè)市場、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、數(shù)字經(jīng)濟相關(guān)領(lǐng)域研究。
李洋
戰(zhàn)略發(fā)展研究所
一級分析師
經(jīng)濟學(xué)碩士，長期從事通信行業(yè)市場研究、數(shù)字經(jīng)濟和經(jīng)營分析等領(lǐng)域研究。
陳海龍
戰(zhàn)略發(fā)展研究所
主任分析師
碩士，高級工程師，多年從事市場營銷、產(chǎn)品設(shè)計、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、數(shù)據(jù)要素市場研究。
