量子信息技術引領新一輪科技革命邁入關鍵發展階段

量子信息技術是培育未來產業、構建新質生產力、推動高質量發展的重要方向之一，將引領新一輪科技革命和產業變革方向。當前量子信息技術發展進程如何？“殺手級”應用何時能出現？帶著這些問題，《人民郵電》報記者近日采訪了中國信息通信研究院技術與標準研究所所長張海懿。她表示，經過40余年發展，量子信息技術已從僅有學術界關注的基礎科學研究和前沿技術探索，逐步進入產業界共同參與的工程應用研究和未來產業培育的歷史進程當中，目前已進入科技攻關、工程研發、應用探索和產業培育一體化推進的關鍵發展階段。

技術研發持續活躍

量子通信領域主要關注的方向包括量子密鑰分發（QKD）、量子隱形傳態（QT）等，其他一些技術方案如量子安全直接通信（QSDC）等也在進一步發展。張海懿認為，在產品及應用方面，QKD基于量子態光信號傳輸和后處理，實現對稱密鑰生成，具有理論協議安全性，已有商用化產品，目前進入初步實用化階段。QT基于糾纏分發和貝爾態測量，實現量子態信息傳輸，是實現量子信息網絡的關鍵技術，處于科研探索階段，尚未實用化。在新技術研究探索方面，近年來，QKD新型協議系統研究和星地傳輸實驗持續活躍，商用系統的工程化水平提升有限，而QT在糾纏制備、操控和存儲中繼等方面尚無重大突破。展望未來發展趨勢，基于QKD的量子保密通信應用場景有限，需要進一步提升產品性能指標和工程化水平，探索和拓展有效應用場景，才能擺脫產業發展困境，同時后量子加密（PQC）是值得關注的發展方向。

另外，結合QT等技術的量子信息網絡（QIN）是未來融合發展演進的方向，已成為量子通信領域科研競爭的主賽道，歐美在量子通信領域重點布局推動QIN的技術研究、原型驗證和組網試驗等工作，近年來取得多項重要進展，我國需加快推動相關技術研究探索。

“殺手級”應用蓄勢待發

目前量子計算多種路線競相發展，實際發展情況如何？實現量子計算“殺手級”應用還面臨哪些挑戰？

當前，在量子計算領域，超導、離子阱、光量子、中性原子、硅半導體、金剛石色心和拓撲七大主要技術路線并行發展，現階段整體上依然處于中等規模含噪聲量子處理器階段，量子糾錯已驗證糾錯盈虧平衡點，其中超導技術路線是有望率先實現量子糾錯和突破“殺手級”應用的“種子選手”之一，中性原子路線近兩年在多條技術路線競爭中異軍突起，可控量子物理比特數量已超1000，與超導路線并駕齊驅，有望成為一匹“黑馬”?？傮w來說，量子處理器硬件性能水平距離實現大規?？扇蒎e通用量子計算還有很大差距，未來仍需業界長期艱苦努力攻關。

近年來，量子計算應用探索廣泛開展，但目前尚未在實用化問題中展現出有現實意義的量子計算優越性，仍處于原理性與可行性驗證的探索階段。未來要實現量子計算“殺手級”應用，加快構建國家級量子計算云平臺是提升探索能力和培育產業生態的重要途徑，基礎核心是進一步提升量子處理器的硬件性能。以超導路線為例，在相干操控比特數達數百位規模，邏輯門保真度達99.9％以上時，有望在運算復雜度和精度要求不高的組合優化等場景中率先實現落地。

量子測量發展前景廣闊

量子測量基于對微觀粒子系統的操控進行傳感測量，在精度、靈敏度和穩定性等方面帶來數量級提升，具有技術方向多元、應用場景豐富、產業化前景明確的特點。張海懿表示，相關技術方向包括用于新一代PNT（定位、導航、授時）的光學原子鐘、光學時頻傳輸、原子陀螺儀與重力儀，以及用于高靈敏度檢測與目標識別的光量子雷達、磁場精密測量、物質痕量檢測等。從技術產業發展現狀來看，量子時頻基準、磁力計、重力儀等逐步從實驗室走向商用化，部分方向實現產品迭代；量子慣導和目標識別等處于技術萌芽期，距離產品化較遠。

張海懿認為，從未來主要或潛在應用場景來看，國防軍工、航空航天、定位導航、地質／資源勘測和生物醫療等眾多行業領域都將與量子測量技術相關。從技術產業未來發展趨勢來看，量子測量技術整體處于實驗室研發和原型機攻關階段，如何走出實驗室在工程化應用場景中實現落地，樣機整體能力指標如何滿足實際場景中全方位應用需求，仍需進一步探索和突破，同時量子測量應用領域分散，單一領域產業規模有限，產業推動力有待加強。

“我國高度重視量子信息領域發展，近年來取得一系列重要進展，產學研協同和產業生態培育等工作也逐步得到重視?！闭雇磥?，張海懿表示，“為加快推進我國量子信息領域持續發展，我認為未來需要依托QIIA等產業聯盟平臺，在加快關鍵技術攻關、保障自主供給能力、加強產學研用協同、推進未來產業培育等方面，進一步聚力加快發展，爭取取得更多技術、應用與產業化成果。”