近年來，量子信息技術(shù)已成為未來國家科技發(fā)展的重要領(lǐng)域之一，世界科技強(qiáng)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(zhàn)略行動計劃，大幅增加研發(fā)投入，同時開展頂層規(guī)劃及研究應(yīng)用布局。此外，包括ETSI、IEEE、ITU-T等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛成立量子信息技術(shù)相關(guān)研究組和標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用前景舉行第二十四次集體學(xué)習(xí)，中共中央總書記習(xí)近平在主持學(xué)習(xí)時強(qiáng)調(diào)，當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，科技創(chuàng)新是其中一個關(guān)鍵變量。要充分認(rèn)識推動量子科技發(fā)展的重要性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢。實際上，我國對量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用同樣高度重視，此前國務(wù)院發(fā)布多項文件，指導(dǎo)量子信息技術(shù)研究與應(yīng)用;科技部和中科院通過自然科學(xué)基金等形勢對量子信息科研給予支持等等。

當(dāng)今世界正經(jīng)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(lǐng)導(dǎo)集體學(xué)習(xí)量子科技釋放重要信號，“發(fā)展量子科技對促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展、保障國家安全具有非常重要的作用”，站在國家發(fā)展戰(zhàn)略的高度來看，意味著量子科技技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入攻關(guān)期。所以，國家核心領(lǐng)導(dǎo)層對于量子產(chǎn)業(yè)重點的關(guān)注，正是意味著我國量子通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)入新階段。

量子通信的無限潛能

量子信息技術(shù)主要包括量子計算、量子通信和量子測量三大領(lǐng)域。在量子通信領(lǐng)域，我國具備先發(fā)優(yōu)勢，位居世界第一梯隊，已經(jīng)取得一批具有國際影響力的重大創(chuàng)新成果，并吸引了大量人才和資本進(jìn)場。當(dāng)前第二次量子科技革命的序幕已經(jīng)拉開，各國正在競相布局量子科技領(lǐng)域。從頂層設(shè)計、戰(zhàn)略投資再到人才培養(yǎng)等，歐美發(fā)達(dá)國家的政府、科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)資本都在加速進(jìn)行戰(zhàn)略部署。

從原理提出到現(xiàn)在，量子科技經(jīng)過了近30年的技術(shù)研發(fā)，它不僅是我們的國家戰(zhàn)略，實際上也是全球的高科技戰(zhàn)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(fā)布了美國量子網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略構(gòu)想。與此同時，英國、歐盟，德國近幾年也都紛紛啟動了相關(guān)的量子技術(shù)計劃。歐盟早在2016年就宣布10億歐元預(yù)算規(guī)模的“量子技術(shù)旗艦計劃”;德國計劃在2021年建成該國首臺量子計算機(jī)，并在5到10年后推動相關(guān)新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用;英國2014年設(shè)立“國家量子技術(shù)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(fā)中心;日本2013年就計劃未來10年投入400億日元研發(fā)量子信息技術(shù)。

量子科學(xué)家在研究中發(fā)展了量子調(diào)控技術(shù)，從而催生了量子信息技術(shù)。量子調(diào)控技術(shù)是什么樣子呢？比如拿一杯水讓你喝掉一口，就像一個經(jīng)典的技術(shù)，很簡單。但是請你喝掉一個水分子，這在技術(shù)上變成非常困難的問題，一旦你掌握了這種技術(shù)之后就可以做很多事情，就可以對量子狀態(tài)進(jìn)行主動調(diào)控。目前這個技術(shù)有兩個典型應(yīng)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(tài)（QuantumTelep or t a t ion，簡稱 QT）和量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution，簡稱 QKD）兩類。QT基于通信雙方的光子糾纏對分發(fā)（信道建立）、貝爾態(tài)測量（信息調(diào)制）和幺正變換（信息解調(diào)）實現(xiàn)量子態(tài)信息直接傳輸，其中量子態(tài)信息解調(diào)需要借助傳統(tǒng)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(tài)制備、傳輸和測量，首先在收發(fā)雙方間實現(xiàn)無法被竊聽的安全密鑰共享，再與傳統(tǒng)加密技術(shù)相結(jié)合完成經(jīng)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(fā)展量子通信保密系統(tǒng)？在當(dāng)前波詭云譎的國際環(huán)境下，我國面臨的信息安全形勢錯綜復(fù)雜，在政務(wù)、金融、外交和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)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(shù)帶來的長期信息安全保障能力有客觀需求和應(yīng)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?shù)摹氨Ｗo(hù)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(xué)實驗衛(wèi)星，實現(xiàn)星地之間QT傳輸;中科大及其產(chǎn)業(yè)公司開展了“京滬干線”和國家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一期工程等QKD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目等等。目前量子保密通信產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)有眾多參與企業(yè)，據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)A股上市企業(yè)就有39家公司擁有量子通信概念，還不包括眾多創(chuàng)業(yè)公司，量子通信產(chǎn)業(yè)鏈一片火熱。

同時，在量子計算方面，也是各國重點攻關(guān)發(fā)展的領(lǐng)域。量子計算的核心優(yōu)勢是可以實現(xiàn)高速并行計算，在特定算法上計算效率比經(jīng)典計算機(jī)要快一億倍。用專家的話說，量子計算是“未來計算技術(shù)的心臟”。谷歌、微軟、英特爾等西方科技企業(yè)在量子計算領(lǐng)域擁有先發(fā)優(yōu)勢，中國科技大學(xué)、清華大學(xué)等高校近年來在量子計算領(lǐng)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(yè)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(fā)達(dá)國家處于同一水平線。雖然量子計算機(jī)距離大規(guī)模普及還有很長的路要走，但可預(yù)見的前景非常廣

商業(yè)化是良性開端

隨著量子通信技術(shù)進(jìn)入實用化階段，并不斷開展試點應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，進(jìn)一步提升其實用化和商用化水平成為科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)鏈上下游關(guān)注和技術(shù)演進(jìn)的主要方向。有意思的是，量子力學(xué)在第一次量子革命當(dāng)中催生了現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過百余年的發(fā)展過程，它自己已經(jīng)為解決這些問題做好了技術(shù)的準(zhǔn)備。

從報道中可以看到，各地均在積極進(jìn)行量子產(chǎn)業(yè)布局，攻克相關(guān)難題。目前來看，量子通信將主要面向量子通信骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、行業(yè)專網(wǎng)等領(lǐng)域提供量子通信設(shè)備。同時為了滿足政府、金融、醫(yī)療、教育等等海量泛在應(yīng)用場景下的極致安全需求，提供量子通信解決方案及相關(guān)服務(wù)。

此外，前面提到的量子保密通信技術(shù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和市場化推廣，也需要自身技術(shù)成熟度、設(shè)備工程化、現(xiàn)實安全性和可靠水平的不斷提升，從而滿足規(guī)模化應(yīng)用部署和運(yùn)維管理等方面的條件和要求。同時將政策支持的優(yōu)勢真正轉(zhuǎn)化為核心技術(shù)和產(chǎn)品功能性能的優(yōu)勢，進(jìn)一步提升系統(tǒng)工程化水平和解決方案性價比，是應(yīng)用發(fā)展演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)的關(guān)鍵所在。

那么量子技術(shù)走向?qū)嵱玫降仔枰嚅L時間？業(yè)內(nèi)專家表示，在量子通訊方面，尤其是量子保密通訊已經(jīng)比較成熟了，我們可以非常方便地利用傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行量子密鑰的分發(fā)，實現(xiàn)城域的量子保密通訊，利用中繼可以實現(xiàn)城市間的量子通訊，來自衛(wèi)星遠(yuǎn)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(xué)者、團(tuán)隊都做了一些工作。按照目前的技術(shù)發(fā)展，大約最快三年之后，收發(fā)端就可以集成到傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)里面，它的大小大概就是手機(jī)大小。因為起步較早，這些核心器件都已實現(xiàn)國產(chǎn)化。它的應(yīng)用也比較簡單，就是在傳統(tǒng)光纖里面加一些輔助的設(shè)備，可以把密鑰送到千家萬戶，如果不是絕密的內(nèi)容，也可以跟經(jīng)典的加密算法結(jié)合在一起進(jìn)行安全和效率雙兼顧的保密通訊，其穩(wěn)定性跟傳統(tǒng)的光通訊是一致的。

目前，中國在國際通信聯(lián)盟和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織里面都在牽頭進(jìn)行量子密鑰分發(fā)的安全的要求和評估方法。

聊聊量子通話手機(jī)

前不久有媒體報道稱，中國電信與國盾量子目前正在研發(fā)一個支持量子安全通話的手機(jī)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(fù)責(zé)推進(jìn)，所研發(fā)的手機(jī)將面向民用市場，帶有量子通話功能，預(yù)計在今年年底或明年年初推出，從中國電信的渠道向消費(fèi)者分發(fā)。中國電信表示，該手機(jī)項目確在研發(fā)中，但更多細(xì)節(jié)還暫不確定。

本質(zhì)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(fā)轉(zhuǎn)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(fā)固定網(wǎng)絡(luò)到移動終端的“最后一公里”問題，手機(jī)只是量子密鑰資源移動化使用的載體。

量子通話手機(jī)本質(zhì)上是個手機(jī)，不是時光機(jī)也不是傳送機(jī)，量子隱形傳態(tài)、量子計算這樣的能力就不要想了，它不會超出現(xiàn)在的手機(jī)能力范疇，它更不會顛覆5G。量子通話手機(jī)如果給它加個定語是更合適的，內(nèi)置量子密鑰分發(fā)功能的手機(jī)。它是兩個功能的疊加，手機(jī)通信功能與量子密鑰分發(fā)功能，它的難點并不是基礎(chǔ)理論而是工程技術(shù)創(chuàng)新。如何在規(guī)模商用的手機(jī)中，把量子保密的特性加載進(jìn)去，要解決一些手機(jī)本身的工程技術(shù)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(xiàn)移動終端用戶與應(yīng)用系統(tǒng)之間的身份認(rèn)證以及保密傳輸，提供身份認(rèn)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(nèi)置是必然的。其實，三星推出過這樣的產(chǎn)品，Galaxy A Quanyum 5G量子智能手機(jī)已經(jīng)在韓國上市了。這款手機(jī)中搭載了QRNG（量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器），QRNG的使用可以提高手機(jī)的安全性。中電信量子科技應(yīng)該不會采用三星的技術(shù)思路，具體的實現(xiàn)方式還需要進(jìn)一步了解。

當(dāng)然，對于普通消費(fèi)者而言，短期內(nèi)沒有太大意義。從2G開始，移動通信網(wǎng)絡(luò)在每個代際演進(jìn)中，安全性能在不斷增強(qiáng)，我們現(xiàn)在所用的4G/5G網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)本身的安全性已經(jīng)很高了。量子通信短期內(nèi)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(xué)、大電池和集成結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行研究和投資，并將它們視為使電動汽車成為主流的關(guān)鍵因素，而這些都是特斯拉技術(shù)發(fā)展路線圖的一部分。

寫在最后：

量子信息技術(shù)近年來一直是各國科學(xué)研究的熱點，其熱度甚至不亞于當(dāng)前最為火熱的人工智能和5G。此次最高層關(guān)于前沿技術(shù)的學(xué)習(xí)放在量子技術(shù)上，表明量子領(lǐng)域發(fā)展即將進(jìn)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(zhàn)略價值被認(rèn)可，有望引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命。

邁入2021 年，“十四五”時期即將到來，發(fā)揮好新型舉國體制優(yōu)勢進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，發(fā)揮好資本市場助力科技創(chuàng)新發(fā)展的方向，引導(dǎo)資本積極主動投入相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化孵化，量子科技有望進(jìn)入高速發(fā)展時期，我國將有望在全球范圍內(nèi)引領(lǐng)量子科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展和國家安全作出巨大的貢獻(xiàn)。也就是說，量子科技產(chǎn)業(yè)必然會成為“十四五”時期重要的科技賽道被重點關(guān)注，從頂層設(shè)計、前瞻布局，到政策支持體系，再到基礎(chǔ)研究突破和關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，還有高水平人才隊伍的培養(yǎng)等方面，有望陸續(xù)迎來政策支持實質(zhì)性利好，也將吸引更多的金融資本和產(chǎn)業(yè)資本投入，共同做強(qiáng)量子科技產(chǎn)業(yè)。