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量子信息

作者:黄龙光 发布时间:2018-05-31 11:36:56 来源:光明日报 字体:   |    |  

  量子信息技术结合了量子力学理论和信息技术,将变革计算、编码、信息处理和传输过程等,成为下一代信息技术的先导和基础,是提升国家信息技术水平、增强国防实力的重要基础支撑。量子信息技术经过三十多年突飞猛进的发展,在理论和技术方面已经获得了举世瞩目的成就。我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,意味着量子通信产业化发展进入了新的阶段;量子计算的重要进展层出不穷,将推动量子计算机的技术实现;量子模拟技术已经接近经典计算机可以模拟的极限,量子度量学也获得了快速的发展。

  目前有21个国家和地区对量子技术进行积极的投资。其中,欧盟的年度投入最高,为5.5亿欧元,其次是美国,年度投入3.6亿欧元,我国位居第三,年度投入2.2亿欧元。德国(1.2亿欧元)、英国(1.05亿欧元)、加拿大(1亿欧元)紧跟其后。2016年以来,欧美纷纷瞄准“第二次量子革命”,加大基础研究和产业发展方面的投入。例如,美国国防部量子信息科学的资助重点放在国家安全应用,如精密导航、精确授时和安全量子网络;美国国家标准与技术研究院重点支持量子通信、量子计算和量子测量;美国国家科学基金会、情报高级研究计划局、能源部等也都将其列为重点发展方向或重点研究领域。再比如,欧盟委员会将于2018年启动总额10亿欧元的量子技术旗舰计划,希望这个计划将会让欧洲处于第二次量子革命的前沿,未来10年在科学、产业和社会方面带来变革性的进展。

  我国是较早重视并大力支持量子科技研究的国家之一,长期以来,中国科学院、科技部、国家自然科学基金委持续支持量子技术研究,以力争成为新一轮量子科技革命的引领者。

  科技部通过“973计划”对量子计算和量子通信进行了大力的资助。2006年,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》重点部署了四项重大科学研究计划,量子调控研究是其中之一,其研究重点包括量子计算的载体和调控原理及方法、量子计算等。中国科学院早在1999年就设立了“中国科学院量子信息重点实验室”,近年来又在量子计算领域进行了重要部署。2012年,实施了战略性先导科技专项“量子系统的相干控制”,2014年成立了中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心,2016年成立了中国科学院量子信息与量子科技创新研究院。国家自然科学基金委2005年把量子信息的理论研究列入重大研究计划中,2006年起至今,量子信息物理一直是重点项目的支持方向之一,包括量子态、量子纠缠、量子计算、量子模拟等方面的研究。

  近年来,量子信息技术的颠覆性态势已现,我国将其列入国家战略层面并加大支持力度。国家“十三五”规划纲要指出将启动量子通信与量子计算机“科技创新2030-重大项目”,《“十三五”国家基础研究专项规划》明确了该重大项目的组织实施,在量子通信方面将率先突破量子保密通信技术,建设超远距离光纤量子通信网,开展星地量子通信系统研究;在量子计算机方面将研发量子系统、量子芯片材料、结构与工艺、量子计算机整体构架以及操作和应用系统;在量子精密测量方面将研究利用量子通信和量子计算所发展的量子探测、测量和操纵技术。此外,《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》指出,在超前布局战略性产业中,将持续推动量子密钥技术应用,统筹布局量子芯片、量子编程、量子软件以及相关材料和装置制备关键技术研发,推动量子计算机的物理实现和量子仿真的应用。

  最近,我国在量子通信领域取得了世界一流水平的重要进展,实现了世界上首次千公里级的量子纠缠和星地双向量子密钥分发,墨子号的成功也促进了世界各国对空间量子卫星的部署。未来的量子通信发展,欧盟聚焦量子互联网,美国将重点研发光量子通信网络。量子计算的国际竞争愈发激烈,“量子霸权”争夺战进入白热化,谷歌、IBM、英特尔、微软、阿里巴巴、腾讯、百度等大型企业都在角逐量子计算机的研制。未来,欧盟将重点开发超过50个量子比特和具备量子纠错功能的量子处理器,美国将打造量子计算测试平台以促进硬件、架构、量子算法和模拟的开发。

  (作者:黄龙光,系中国科学院科技战略咨询研究院副研究员)

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