量子科技概念大火，國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀如何？

曉查 2020-10-20 12:32:38 來(lái)源：量子位

曉查 木易 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

量子科技，如今快速一文看盡？

最近，量子科技相關(guān)知識(shí)和行業(yè)進(jìn)展，正在成為關(guān)注新熱點(diǎn)。

究竟是什么？原理如何？行業(yè)內(nèi)有怎樣的代表性技術(shù)、公司和應(yīng)用？最新的進(jìn)展又如何？

今日我們爭(zhēng)取一文打盡。

就應(yīng)用方向來(lái)看，量子科技可以分為兩大板塊：量子通信和量子計(jì)算。

量子通信是利用量子力學(xué)的基本原理對(duì)信息進(jìn)行加密，具有不可克隆、不可竊聽(tīng)的特性。

如果中途遭到竊聽(tīng)，信息將會(huì)被破壞，接收方就能察覺(jué)，因此具有傳統(tǒng)通信技術(shù)不可比擬的安全性。

量子計(jì)算是利用量子態(tài)的演化進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)典計(jì)算機(jī)中只能處于0或者1兩種狀態(tài)之一，而量子計(jì)算機(jī)能同時(shí)處于0和1兩種狀態(tài)。由此衍生的量子算法可能大大超過(guò)當(dāng)前超級(jí)計(jì)算機(jī)。

量子通信

目前，我國(guó)的量子通信技術(shù)走在了世界的前列，已經(jīng)建構(gòu)了從上游元器件到下游實(shí)際應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

上游負(fù)責(zé)提供光纖等元器件及其他一些核心設(shè)備的公司有國(guó)盾量子、亨通光電、光迅科技等。

最為核心的中游企業(yè)有國(guó)盾量子和神州信息，提供的是傳輸干線或系統(tǒng)平臺(tái)。

最后，各大銀行、公安及政務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)有來(lái)較多下游的成功應(yīng)用案例。

△圖源：dcits

國(guó)盾量子發(fā)源于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009年5月創(chuàng)立，經(jīng)過(guò)10余年的探索和實(shí)踐，已成長(zhǎng)為全球領(lǐng)先的量子通信設(shè)備制造商和量子安全解決方案供應(yīng)商，是量子通信產(chǎn)業(yè)化的開(kāi)拓者、實(shí)踐者和引領(lǐng)者。

△圖源：quantum-info

目前，國(guó)盾量子參與和主導(dǎo)的重要項(xiàng)目有著許多的實(shí)踐案例：

首先，國(guó)盾量子與中科大開(kāi)展量子通信的研究有主導(dǎo)并推進(jìn)了量子通信網(wǎng)絡(luò)在城域通信上的應(yīng)用，如：合肥城域量子通信試驗(yàn)示范網(wǎng)、濟(jì)南量子通信試驗(yàn)網(wǎng)等；

最為重要另外，國(guó)盾量子的州信息是參與建設(shè)便是“京滬干線”項(xiàng)目，并幫助中國(guó)工商銀行成功地將量子通信技術(shù)應(yīng)用到了其“兩地三中心”架構(gòu)下的京滬異地廣域網(wǎng)應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上銀行京滬異地?cái)?shù)據(jù)的量子加密傳輸。

此外，國(guó)盾量子還與阿里云進(jìn)行合作，在阿里云網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建立多個(gè)量子安全域，通過(guò)量子傳送門(mén)實(shí)現(xiàn)同城數(shù)據(jù)中心互聯(lián)組網(wǎng)。

截至2020年6月底，根據(jù)德溫特（Derwent）國(guó)際權(quán)威專利數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)盾量子在量子通信相關(guān)領(lǐng)域公開(kāi)的同族專利數(shù)量排名全球首位。

神州信息是一家提供軟件和信息服務(wù)的公司，持有國(guó)盾量子1%的股份，但雙方在業(yè)務(wù)方面的合作非常多。方面的合作非常多。

△圖源：dcits

在神州信息承建的“京滬干線”中，國(guó)盾量子就是主要的合作者。

近年來(lái)，神州信息自身也加大了在量子通信領(lǐng)域的投入。去年，神州信息開(kāi)發(fā)的企業(yè)級(jí)即時(shí)加密通訊工具“量信通”發(fā)布。

“量信通”是神州信息將量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器結(jié)合行業(yè)需求進(jìn)行的二次研發(fā)，該產(chǎn)品直接利用量子密鑰加密解決通訊過(guò)程中的高安全傳輸及高安全存儲(chǔ)問(wèn)題。

量子通信技術(shù)本身離不開(kāi)光纖等設(shè)備，因此亨通光電、光迅科技等光電設(shè)備提供商也成為了量子通信的概念企業(yè)。

而在量子通信的應(yīng)用中，最為重要的是京滬干線項(xiàng)目，該項(xiàng)目于2013年7月立項(xiàng)，中科院、國(guó)盾量子及神州信息等都參與其中。

項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)是建成連接北京、上海，貫穿濟(jì)南、合肥等地，由32座中繼站和31段光纖量子通信線路構(gòu)成的量子保密通信骨干線路，線路總長(zhǎng)2000余公里，連接各地城域接入網(wǎng)絡(luò)，打造廣域光纖量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。

同時(shí)，京滬干線北京接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星興隆地面站的連接，全線密鑰率大于5kbps，已形成星地一體的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形，大大擴(kuò)展了京滬干線應(yīng)用能力。

通過(guò)“京滬干線”，中國(guó)工商銀行已經(jīng)成功了實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上銀行京滬異地?cái)?shù)據(jù)的量子加密傳輸。

而中國(guó)人民銀行也借助“星地一體化”量子通信廣域網(wǎng)絡(luò)和北京城域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了新疆支行至北京金融信息中心之間的高安全量子加密應(yīng)用。

量子計(jì)算

量子計(jì)算商業(yè)化目前在國(guó)內(nèi)仍處于起步階段。因此在量子計(jì)算領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的初創(chuàng)公司比較少。有實(shí)際產(chǎn)品的僅有合肥的本源量子和深圳的量旋科技兩家公司。

其中，本源量子是由中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孵化、中國(guó)科技大學(xué)郭國(guó)平創(chuàng)立的一家公司。中科院院士郭光燦也是該公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。

本源量子的業(yè)務(wù)范圍覆蓋量子計(jì)算機(jī)、量子芯片、量子云、量子測(cè)控、量子軟件等領(lǐng)域。

硬件方面，本源量子推出過(guò)玄微XW S2-200、夸父KF C6-130兩款量子芯片，本源悟本量子計(jì)算機(jī)，以及基于此計(jì)算機(jī)的量子云平臺(tái)。

軟件方面，本源量子有Qurator量子編程IDE，集成了量子編程框架和編譯器。

來(lái)自深圳的量旋科技則專注于制造桌面型的量子計(jì)算機(jī)。

一般來(lái)說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)體積龐大，且需要復(fù)雜的制冷設(shè)備，現(xiàn)階段罕有小型化產(chǎn)品。

而量旋科技基于核磁共振技術(shù)制造的量子計(jì)算機(jī)“雙子座”在常溫下運(yùn)行、體積小巧，可以像臺(tái)式電腦一樣放在桌上運(yùn)行。

除實(shí)體硬件外，量旋科技也提供接入雙子座的量子云平臺(tái)。

目前，國(guó)內(nèi)主要大公司也已經(jīng)開(kāi)展了量子計(jì)算的研究工作，華為和BAT均有布局。

早在2018年，華為就開(kāi)始云量子計(jì)算模擬平臺(tái)HiQ，可模擬全振幅42量子比特以上，成為當(dāng)時(shí)業(yè)界領(lǐng)先的量子電路模擬云服務(wù)。

人才方面，華為招入南方科技大學(xué)教授翁文康擔(dān)任量子計(jì)算軟件與算法首席科學(xué)家。

百度2018年宣布成立量子計(jì)算研究所，由悉尼科技大學(xué)量子軟件和信息中心段潤(rùn)堯教授出任所長(zhǎng)，直接向百度總裁匯報(bào)。

百度分別在兩個(gè)業(yè)務(wù)線中加入量子計(jì)算研究：AI平臺(tái)飛槳去年引入量子機(jī)器學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)平臺(tái)量槳、量子計(jì)算研究所今年9月上線云原生量子計(jì)算平臺(tái)量易伏。

騰訊在量子計(jì)算領(lǐng)域的研究更側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用，官網(wǎng)已經(jīng)放出了量子云計(jì)算平臺(tái)和化學(xué)計(jì)算云平臺(tái)，但暫時(shí)還未對(duì)外開(kāi)放服務(wù)。香港中文大學(xué)終身教授張勝譽(yù)是該實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人。

阿里達(dá)摩院X實(shí)驗(yàn)室下設(shè)量子實(shí)驗(yàn)室，主要從事量子計(jì)算機(jī)、算法和物理模擬的研究。

現(xiàn)階段，阿里還沒(méi)有量子計(jì)算機(jī)硬件公布，但是阿里云已經(jīng)推出了量子開(kāi)發(fā)平臺(tái)AC-QDP，以及背后由分布式計(jì)算平臺(tái)提供的量子計(jì)算模擬器太章。

密歇根大學(xué)安娜堡分校計(jì)算機(jī)科學(xué)教授施堯耘是達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人。

在國(guó)際上，量子計(jì)算領(lǐng)域“高手如云”，大型科技公司IBM、谷歌、微軟、霍尼韋爾等都有自己的量子計(jì)算機(jī)硬件和云平臺(tái)。

另外還有IonQ、D-Wave等專門(mén)從事量子計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)的公司，這兩家公司的硬件都已經(jīng)成功商業(yè)化，在市場(chǎng)上獲得了認(rèn)可。

相比量子通信，量子計(jì)算技術(shù)百花齊放，各家實(shí)現(xiàn)的方式有超導(dǎo)電路、離子阱、核磁共振等等。

國(guó)內(nèi)量子計(jì)算商業(yè)化的起步較晚。上面提到的D-wave公司早在1999年就已成立，IBM四年前就上線了量子計(jì)算模擬平臺(tái)。不過(guò)國(guó)內(nèi)科技公司也在加快追趕步伐。

參考鏈接：
https://news.cctv.com/2020/10/17/ARTI65xotxyww8VYbqzp9PH4201017.shtml
http://www.ccdi.gov.cn/toutiao/202010/t20201018_227314.html
http://www.quantum-info.com/
http://www.cas.cn/sygz/201709/t20170905_4613272.shtml
http://originqc.com.cn/index.html
http://www.spinq.cn/