下一个超级大风口——量子科技!
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下一个超级大风口——量子科技!

最新高手视频! 七禾网 时间:2020-10-19 17:09:12 来源:七禾网

上周末,中共中央政治局就量子科技进行集体学习刷爆了网络!


会议指出要加快发展量子科技,保证对量子科技领域的资金投入。会议上习近平指出,量子科技将引领新一轮科技革命和产业变革方向。要系统总结我国量子科技发展的成功经验,借鉴国外的有益做法,深入分析研判量子科技发展大势,找准我国量子科技发展的切入点和突破口,统筹基础研究、前沿技术、工程技术研发,培育量子通信等战略性新兴产业,抢占量子科技国际竞争制高点,构筑发展新优势。


为什么这次学习引起了众多媒体的关注,一般来说,在重磅会议上集体学习并发表讲话的都是国家近年将重点扶持的战略产业方向。比如,2018年的人工智能和2019年的区块链。


毫无疑问,量子科技将是下一个大风口。


“量子科技”上升为国家战略?


那量子科技又是什么?量子信息技术是量子物理与信息科学交叉的新生学科,其物理基础是量子力学。而量子力学则是在1920年由爱因斯坦等科学家首次创立,当时的物理学家发现彼时的物理理论解释不了光的波动和热学中的能量分布问题,于是当时的物理大神们齐聚到比利时布鲁塞尔开会讨论,在两位远古大神爱因斯坦和玻尔进行了数回合“唇枪舌剑”之后,伟大的量子力学诞生了!


上图是当时的与会人员,据说平均智商150以上,每一个都是大家中学和大学时的噩梦,爱因斯坦、玻尔、洛伦兹、德布罗意、居里夫人、普朗克、薛定谔……


一百年里,量子力学催生了许多重大发明,如原子弹、激光、晶体管、核磁共振、全球卫星定位系统等。


进入21世纪,量子科技革命的第二次浪潮即将来临。第二次量子科技革命将催生量子计算、量子通信和量子测量等一批新兴技术,将极大地改变和提升人类获取、传输和处理信息的方式和能力。


目前主要有四个应用领域:量子通信、量子计算、量子模拟、量子传感和计量,最具代表性的是量子通信和量子计算,这也是世界主要科技大国重点抢占的战略技术高地。


欧盟:2018年10月,由欧盟委员会资助欧洲量子技术旗舰计划开始施行,该计划将历时十年,预算为10亿欧元。欧盟DG CONNECT副总干事Khalil Rouhana在去年10月发表的博客中直言:“欧洲的未来属于量子领域”。


日本:2020年1月21日,日本政府为推动量子计算机和量子加密通信的早期引进,敲定了“量子技术创新战略”。到2020年度将投入35亿日元,在情报通信研究机构设置量子加密通信的研发基地。日本电子巨头东芝公司今日表示,到2030年,公司将从其用于数据保护的先进加密技术中获得30亿美元收入。东芝采用的这项网络安全技术方案为量子密钥分发(QKD)技术,它利用量子物理学的性质为两个远程方提供加密密钥,从而能够避免其受到量子计算机驱动的网络攻击。日本东芝公司预计,随着量子计算机的发展,全球量子密钥分发(QKD)市场将在10年内增长至120亿美元,东芝将占有全球四分之一以上的市场份额。


美国:2020年10月7日,美国白宫量子协调办公室发布了《国家量子信息科学战略投入的量子前沿报告》,报告指出:美国绝不容忍在量子科技领域落后,为了确保能够在量子领域领先世界,美国将加大资金投入,建立量子互联网,同时储备一支量子人才队伍!


1、量子通信——是我国唯一不受美国任何限制的技术


量子通信是利用量子力学相关原理解决信息安全问题的通信技术。其中一个著名原理就是量子纠缠,两个处于纠缠状态的量子就像有“心灵感应”,无论相隔多远,一个量子状态变化,另一个也会随之改变。



目前我国量子通信技术研发和产业化创新成果走在世界前列,属于国际第一梯队。量子通信是我国几乎唯一不受美国任何限制的技术,也是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式,与传统通信技术相比,具有极高的安全性、保密性、信息传递效率与抗干扰性能,被认为是下一代通信领域的支撑性技术。产业应用场景也十分广泛,包括网络信息安全、量子通信干线、量子城域网、金融、国防等方面。


我国量子通信技术近年来亦取得多项突破性进展,如2016年发射了自主研制的世界上首颗空间量子科学实验卫星“墨子号”,2017年全球首条量子保密通信骨干网“京沪干线”项目通过总技术验收。



2019年,《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》提出在长三角地区将建设覆盖16个主要城市、1013公里的量子保密干线环网,并在城市群内广泛开展量子通信应用试点。2020年10月,国科量子通信网络有限公司先后和文昌国际航天城管理局、中国广电下属中国有线电视网络有限公司签署合作协议,将在海南打造全球第一条“星地一体”环岛量子保密通信网络。


前瞻产业研究院的数据显示,2017年,中国量子通信行业市场规模达到180亿元,到2018年将达到320亿元左右,预计到2024年能够达到912亿元。


2、量子计算——中国有望弯道超车!


量子计算一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式,与传统计算理论不同,它的运行基于量子比特,利用量子叠加和量子纠缠等独特的量子效应进行信息处理,可以极大提高计算效率,并克服了成本问题,将是迈向强人工智能的重要道路。其影响规模可覆盖金融、医药、材料、生物技术、网络安全、人工智能等众多领域。


在量子计算上,谷歌、微软、英特尔等西方科技企业拥有先发优势。去年谷歌公布了最新研制的53量子比特的超导量子芯片,首次实现了“量子霸权”,所谓量子霸权是指量子计算机的计算能力超过人类最强的传统计算机,根据推算,如果量子计算机可以操纵49个量子比特即可实现量子霸权。世界第一超算Summit需要大约1万年来完成的计算,量子计算机需要多久?谷歌研究人员给出答案:3分20秒。在量子计算机面前,我们曾经引以为豪的超级计算机,就相当于以前的算盘,显得笨重又古老!


谷歌的量子计算系统


我国科技公司相比于美国等进入量子计算领域的时间较晚,在量子处理器研制和量子计算应用方面与美国相比仍有较大差距。但近年来通过与科研院所合作等方式,已开始在量子计算各方面布局。行业领军公司和研究机构包括:阿里巴巴、百度、腾讯、华为、本源量子、中国科学院、清华大学、中国科学技术大学、南京先杨剑量子计算机研究院等等 。 


近日知识产权产业媒体IPRdaily与incoPat创新指数研究中心发布的一项全球量子计算技术发明专利排行榜显示,入榜企业前六位都被美国公司占领,来自中国的量子计算公司本源量子以77项专利排名第七,排在IBM、DWave、谷歌、微软、Northrop Grumman、英特尔之后。美国公司在榜单中占比高达43%,中国公司占比12%。尽管中国包括阿里巴巴、腾讯、百度和华为在内的科技巨头都在布局量子计算,但是发展尚处于初期阶段。


不过,让美国人意外的是,最近几年中国在量子计算方面进展迅速,以潘建伟团队的陆朝阳教授为代表的中国学者,提出了另外一条技术路线--光量子,并在2017年研制出世界首台实体光量子计算机,去年该团队又在国际上首次实现了20光子的量子计算,其复杂度相当于48个量子比特,接近“量子霸权”!


根据媒体消息,2020年10月6日,美国物理学会将2021年度“兰道尔—本内特量子计算奖”授予中国科学技术大学陆朝阳教授,表彰他“在光学量子信息科学,特别是在固态量子光源、量子隐形传态和光量子计算方面的重要贡献”,值得注意的是,这是该奖项诞生以来首次颁发给中国学者。



陆朝阳1982年出生于浙江东阳,2000年考入中科大。本科毕业后,他被保送进入微尺度物质科学国家实验室,师从潘建伟从事光量子信息方面的研究工作。2007年,24岁的他作为第一作者在国际上首次实验实现了六光子纠缠“薛定谔猫态”和“簇态”,刷新了光量子纠缠的两项世界记录。该工作随后入选了两院院士评选的年度中国科技十大进展新闻。同年,陆朝阳在国际上首次用光子实现了量子大数分解算法。


对于量子计算市场,波士顿咨询预测称,保守估算,到2035年,量子计算市场将达到20亿美元。到2050年,市场规模将飙升至2600亿美元。如果物理量子位的错误率这一瓶颈能够克服,错误率显著降低,那么到2035年,量子计算市场规模将达到600亿美元,并在2050年增加到2950亿美元。


虽然目前人类还未完全掌握量子信息的所有规律,但是全球的科学家一致认为,21世纪最伟大的成就必定与量子通信和量子计算有关。总体而言,我国已经具备了在量子科技领域的科技实力和创新能力,但同时我国量子科技发展仍然存在短板,发展面临多重挑战,尤其是在关键核心技术和关键领域能否实现自主可控方面挑战巨大。


附:量子科技概念一览



注:以上内容仅供参考,不构成投资建议!


七禾研究 翁建平编辑整理


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