照亮未来之光

近年来，量子信息技术已成为未来国家科技发展的重要领域之一，世界科技强国都对其高度重视。近年来，欧美国家纷纷启动了国家级量子科技战略行动计划，大幅增加研发投入，同时开展顶层规划及研究应用布局。此外，包括ETSI、IEEE、ITU-T等国际标准化组织纷纷成立量子信息技术相关研究组和标准项目并开展工作。

2020年10月的时候，中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习，中共中央总书记习近平在主持学习时强调，当今世界正经历百年未有之大变局，科技创新是其中一个关键变量。要充分认识推动量子科技发展的重要性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势。实际上，我国对量子信息技术发展与应用同样高度重视，此前国务院发布多项文件，指导量子信息技术研究与应用;科技部和中科院通过自然科学基金等形势对量子信息科研给予支持等等。

当今世界正经历百年未有之大变局，也是我国谋划“十四五”布局的重要时期，中央领导集体学习量子科技释放重要信号，“发展量子科技对促进高质量发展、保障国家安全具有非常重要的作用”，站在国家发展战略的高度来看，意味着量子科技技术和产业发展进入攻关期。所以，国家核心领导层对于量子产业重点的关注，正是意味着我国量子通信产业的发展进入新阶段。

量子通信的无限潜能

量子信息技术主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域。在量子通信领域，我国具备先发优势，位居世界第一梯队，已经取得一批具有国际影响力的重大创新成果，并吸引了大量人才和资本进场。当前第二次量子科技革命的序幕已经拉开，各国正在竞相布局量子科技领域。从顶层设计、战略投资再到人才培养等，欧美发达国家的政府、科研机构和产业资本都在加速进行战略部署。

从原理提出到现在，量子科技经过了近30年的技术研发，它不仅是我们的国家战略，实际上也是全球的高科技战略。2018年12月，美国启动了为期十年的国家量子行动计划，2020年又发布了美国量子网络的战略构想。与此同时，英国、欧盟，德国近几年也都纷纷启动了相关的量子技术计划。欧盟早在2016年就宣布10亿欧元预算规模的“量子技术旗舰计划”;德国计划在2021年建成该国首台量子计算机，并在5到10年后推动相关新技术在工业领域的应用;英国2014年设立“国家量子技术计划”，每年投资2.7亿英镑用于建立量子通信、传感、成像和计算四大研发中心;日本2013年就计划未来10年投入400亿日元研发量子信息技术。

量子科学家在研究中发展了量子调控技术，从而催生了量子信息技术。量子调控技术是什么样子呢？比如拿一杯水让你喝掉一口，就像一个经典的技术，很简单。但是请你喝掉一个水分子，这在技术上变成非常困难的问题，一旦你掌握了这种技术之后就可以做很多事情，就可以对量子状态进行主动调控。目前这个技术有两个典型应用，一个叫做量子通讯，它可以提供一种原理上是无条件的安全的通讯方式，利用量子计算可以提供一种超快的算力。

量子通信主要分量子隐形传态（QuantumTelep or t a t ion，简称 QT）和量子密钥分发（Quantum Key Distribution，简称 QKD）两类。QT基于通信双方的光子纠缠对分发（信道建立）、贝尔态测量（信息调制）和幺正变换（信息解调）实现量子态信息直接传输，其中量子态信息解调需要借助传统通信辅助才能完成。QKD通过对单光子或光场正则分量的量子态制备、传输和测量，首先在收发双方间实现无法被窃听的安全密钥共享，再与传统加密技术相结合完成经典信息加密和安全传输，基于QKD的保密通信称为量子保密通信。

其中，安全是一个重要话题，我们首先要清楚为什么要发展量子通信保密系统？在当前波诡云谲的国际环境下，我国面临的信息安全形势错综复杂，在政务、金融、外交和关键基础设施等领域，提高信息安全保障能力的需求较为紧迫，对量子保密通信技术带来的长期信息安全保障能力有客观需求和应用前景。可以说，量子通信方面，量子通信被看作信息安全传输的“保護盾”，为破解信息加密“瓶颈”提供了解决方案。

近年来，我国在量子保密通信方面取得了突出的成绩，2017年，中科大基于“墨子号”量子科学实验卫星，实现星地之间QT传输;中科大及其产业公司开展了“京沪干线”和国家广域量子保密通信骨干网络建设一期工程等QKD网络建设项目等等。目前量子保密通信产业链已经有众多参与企业，据不完全统计，国内A股上市企业就有39家公司拥有量子通信概念，还不包括众多创业公司，量子通信产业链一片火热。

同时，在量子计算方面，也是各国重点攻关发展的领域。量子计算的核心优势是可以实现高速并行计算，在特定算法上计算效率比经典计算机要快一亿倍。用专家的话说，量子计算是“未来计算技术的心脏”。谷歌、微软、英特尔等西方科技企业在量子计算领域拥有先发优势，中国科技大学、清华大学等高校近年来在量子计算领域取得一些阶段性成果。百度、阿里巴巴、腾讯、华为等科技企业也相继出台了量子计算研究计划。整体上看，我国量子计算与发达国家处于同一水平线。虽然量子计算机距离大规模普及还有很长的路要走，但可预见的前景非常广

商业化是良性开端

随着量子通信技术进入实用化阶段，并不断开展试点应用和网络建设，进一步提升其实用化和商用化水平成为科研机构和产业链上下游关注和技术演进的主要方向。有意思的是，量子力学在第一次量子革命当中催生了现代信息技术的发展，经过百余年的发展过程，它自己已经为解决这些问题做好了技术的准备。

从报道中可以看到，各地均在积极进行量子产业布局，攻克相关难题。目前来看，量子通信将主要面向量子通信骨干网、城域网、行业专网等领域提供量子通信设备。同时为了满足政府、金融、医疗、教育等等海量泛在应用场景下的极致安全需求，提供量子通信解决方案及相关服务。

此外，前面提到的量子保密通信技术的产业应用和市场化推广，也需要自身技术成熟度、设备工程化、现实安全性和可靠水平的不断提升，从而满足规模化应用部署和运维管理等方面的条件和要求。同时将政策支持的优势真正转化为核心技术和产品功能性能的优势，进一步提升系统工程化水平和解决方案性价比，是应用发展演进和产业做大做强的关键所在。

那么量子技术走向实用到底需要多长时间？业内专家表示，在量子通讯方面，尤其是量子保密通讯已经比较成熟了，我们可以非常方便地利用传统的光纤网络来进行量子密钥的分发，实现城域的量子保密通讯，利用中继可以实现城市间的量子通讯，来自卫星远距离支持之下可以开展广域的量子通讯。这在过去20年中，我们国家的很多学者、团队都做了一些工作。按照目前的技术发展，大约最快三年之后，收发端就可以集成到传统的通信系统里面，它的大小大概就是手机大小。因为起步较早，这些核心器件都已实现国产化。它的应用也比较简单，就是在传统光纤里面加一些辅助的设备，可以把密钥送到千家万户，如果不是绝密的内容，也可以跟经典的加密算法结合在一起进行安全和效率双兼顾的保密通讯，其稳定性跟传统的光通讯是一致的。

目前，中国在国际通信联盟和国际标准化组织里面都在牵头进行量子密钥分发的安全的要求和评估方法。

聊聊量子通话手机

前不久有媒体报道称，中国电信与国盾量子目前正在研发一个支持量子安全通话的手机项目，该项目将由双方刚刚成立的合资公司，即中电信量子科技有限公司负责推进，所研发的手机将面向民用市场，带有量子通话功能，预计在今年年底或明年年初推出，从中国电信的渠道向消费者分发。中国电信表示，该手机项目确在研发中，但更多细节还暂不确定。

本质上讲，它走的是量子密钥资源移动化使用的思路，将量子密钥的移动分发转化为更加实际的密钥资源的移动使用，解决了从量子密钥分发固定网络到移动终端的“最后一公里”问题，手机只是量子密钥资源移动化使用的载体。

量子通话手机本质上是个手机，不是时光机也不是传送机，量子隐形传态、量子计算这样的能力就不要想了，它不会超出现在的手机能力范畴，它更不会颠覆5G。量子通话手机如果给它加个定语是更合适的，内置量子密钥分发功能的手机。它是两个功能的叠加，手机通信功能与量子密钥分发功能，它的难点并不是基础理论而是工程技术创新。如何在规模商用的手机中，把量子保密的特性加载进去，要解决一些手机本身的工程技术问题。

换个角度理解，对于有安全要求的用户，可以用U盾或者TF卡方式，实现移动终端用户与应用系统之间的身份认证以及保密传输，提供身份认证与安全通信保障。但以U盾为例，没有几个人愿意随身携带，内置是必然的。其实，三星推出过这样的产品，Galaxy A Quanyum 5G量子智能手机已经在韩国上市了。这款手机中搭载了QRNG（量子随机数发生器），QRNG的使用可以提高手机的安全性。中电信量子科技应该不会采用三星的技术思路，具体的实现方式还需要进一步了解。

当然，对于普通消费者而言，短期内没有太大意義。从2G开始，移动通信网络在每个代际演进中，安全性能在不断增强，我们现在所用的4G/5G网络，网络本身的安全性已经很高了。量子通信短期内所面对的是追求绝对安全的市场和用户，对于普通用户来说还不是迫在眉睫的事。宁德时代在一份声明中表示，该公司也计划在高镍化学、大电池和集成结构方面进行研究和投资，并将它们视为使电动汽车成为主流的关键因素，而这些都是特斯拉技术发展路线图的一部分。

写在最后：

量子信息技术近年来一直是各国科学研究的热点，其热度甚至不亚于当前最为火热的人工智能和5G。此次最高层关于前沿技术的学习放在量子技术上，表明量子领域发展即将进入快车道并有望迎来政策方面更大的扶持力度;同时量子的战略价值被认可，有望引领新一轮科技革命和产业革命。

迈入2021 年，“十四五”时期即将到来，发挥好新型举国体制优势进行关键技术攻关，发挥好资本市场助力科技创新发展的方向，引导资本积极主动投入相关产业进行产业化孵化，量子科技有望进入高速发展时期，我国将有望在全球范围内引领量子科技产业的发展，为促进高质量发展和国家安全作出巨大的贡献。也就是说，量子科技产业必然会成为“十四五”时期重要的科技赛道被重点关注，从顶层设计、前瞻布局，到政策支持体系，再到基础研究突破和关键核心技术攻关，还有高水平人才队伍的培养等方面，有望陆续迎来政策支持实质性利好，也将吸引更多的金融资本和产业资本投入，共同做强量子科技产业。