量子信息技術(shù)是培育未來產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建新質(zhì)生產(chǎn)力、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的重要方向之一，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。當(dāng)前量子信息技術(shù)發(fā)展進(jìn)程如何？“殺手級(jí)”應(yīng)用何時(shí)能出現(xiàn)？帶著這些問題，《人民郵電》報(bào)記者近日采訪了中國(guó)信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所所長(zhǎng)張海懿。她表示，經(jīng)過40余年發(fā)展，量子信息技術(shù)已從僅有學(xué)術(shù)界關(guān)注的基礎(chǔ)科學(xué)研究和前沿技術(shù)探索，逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)界共同參與的工程應(yīng)用研究和未來產(chǎn)業(yè)培育的歷史進(jìn)程當(dāng)中，目前已進(jìn)入科技攻關(guān)、工程研發(fā)、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培育一體化推進(jìn)的關(guān)鍵發(fā)展階段。

技術(shù)研發(fā)持續(xù)活躍

量子通信領(lǐng)域主要關(guān)注的方向包括量子密鑰分發(fā)（QKD）、量子隱形傳態(tài)（QT）等，其他一些技術(shù)方案如量子安全直接通信（QSDC）等也在進(jìn)一步發(fā)展。張海懿認(rèn)為，在產(chǎn)品及應(yīng)用方面，QKD基于量子態(tài)光信號(hào)傳輸和后處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)稱密鑰生成，具有理論協(xié)議安全性，已有商用化產(chǎn)品，目前進(jìn)入初步實(shí)用化階段。QT基于糾纏分發(fā)和貝爾態(tài)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)量子態(tài)信息傳輸，是實(shí)現(xiàn)量子信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，處于科研探索階段，尚未實(shí)用化。在新技術(shù)研究探索方面，近年來，QKD新型協(xié)議系統(tǒng)研究和星地傳輸實(shí)驗(yàn)持續(xù)活躍，商用系統(tǒng)的工程化水平提升有限，而QT在糾纏制備、操控和存儲(chǔ)中繼等方面尚無重大突破。展望未來發(fā)展趨勢(shì)，基于QKD的量子保密通信應(yīng)用場(chǎng)景有限，需要進(jìn)一步提升產(chǎn)品性能指標(biāo)和工程化水平，探索和拓展有效應(yīng)用場(chǎng)景，才能擺脫產(chǎn)業(yè)發(fā)展困境，同時(shí)后量子加密（PQC）是值得關(guān)注的發(fā)展方向。

另外，結(jié)合QT等技術(shù)的量子信息網(wǎng)絡(luò)（QIN）是未來融合發(fā)展演進(jìn)的方向，已成為量子通信領(lǐng)域科研競(jìng)爭(zhēng)的主賽道，歐美在量子通信領(lǐng)域重點(diǎn)布局推動(dòng)QIN的技術(shù)研究、原型驗(yàn)證和組網(wǎng)試驗(yàn)等工作，近年來取得多項(xiàng)重要進(jìn)展，我國(guó)需加快推動(dòng)相關(guān)技術(shù)研究探索。

“殺手級(jí)”應(yīng)用蓄勢(shì)待發(fā)

目前量子計(jì)算多種路線競(jìng)相發(fā)展，實(shí)際發(fā)展情況如何？實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算“殺手級(jí)”應(yīng)用還面臨哪些挑戰(zhàn)？

當(dāng)前，在量子計(jì)算領(lǐng)域，超導(dǎo)、離子阱、光量子、中性原子、硅半導(dǎo)體、金剛石色心和拓?fù)淦叽笾饕夹g(shù)路線并行發(fā)展，現(xiàn)階段整體上依然處于中等規(guī)模含噪聲量子處理器階段，量子糾錯(cuò)已驗(yàn)證糾錯(cuò)盈虧平衡點(diǎn)，其中超導(dǎo)技術(shù)路線是有望率先實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)和突破“殺手級(jí)”應(yīng)用的“種子選手”之一，中性原子路線近兩年在多條技術(shù)路線競(jìng)爭(zhēng)中異軍突起，可控量子物理比特?cái)?shù)量已超1000，與超導(dǎo)路線并駕齊驅(qū)，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(shí)現(xiàn)大規(guī)?？扇蒎e(cuò)通用量子計(jì)算還有很大差距，未來仍需業(yè)界長(zhǎng)期艱苦努力攻關(guān)。

近年來，量子計(jì)算應(yīng)用探索廣泛開展，但目前尚未在實(shí)用化問題中展現(xiàn)出有現(xiàn)實(shí)意義的量子計(jì)算優(yōu)越性，仍處于原理性與可行性驗(yàn)證的探索階段。未來要實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算“殺手級(jí)”應(yīng)用，加快構(gòu)建國(guó)家級(jí)量子計(jì)算云平臺(tái)是提升探索能力和培育產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重要途徑，基礎(chǔ)核心是進(jìn)一步提升量子處理器的硬件性能。以超導(dǎo)路線為例，在相干操控比特?cái)?shù)達(dá)數(shù)百位規(guī)模，邏輯門保真度達(dá)99.9％以上時(shí)，有望在運(yùn)算復(fù)雜度和精度要求不高的組合優(yōu)化等場(chǎng)景中率先實(shí)現(xiàn)落地。

量子測(cè)量發(fā)展前景廣闊

量子測(cè)量基于對(duì)微觀粒子系統(tǒng)的操控進(jìn)行傳感測(cè)量，在精度、靈敏度和穩(wěn)定性等方面帶來數(shù)量級(jí)提升，具有技術(shù)方向多元、應(yīng)用場(chǎng)景豐富、產(chǎn)業(yè)化前景明確的特點(diǎn)。張海懿表示，相關(guān)技術(shù)方向包括用于新一代PNT（定位、導(dǎo)航、授時(shí)）的光學(xué)原子鐘、光學(xué)時(shí)頻傳輸、原子陀螺儀與重力儀，以及用于高靈敏度檢測(cè)與目標(biāo)識(shí)別的光量子雷達(dá)、磁場(chǎng)精密測(cè)量、物質(zhì)痕量檢測(cè)等。從技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，量子時(shí)頻基準(zhǔn)、磁力計(jì)、重力儀等逐步從實(shí)驗(yàn)室走向商用化，部分方向?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品迭代；量子慣導(dǎo)和目標(biāo)識(shí)別等處于技術(shù)萌芽期，距離產(chǎn)品化較遠(yuǎn)。

張海懿認(rèn)為，從未來主要或潛在應(yīng)用場(chǎng)景來看，國(guó)防軍工、航空航天、定位導(dǎo)航、地質(zhì)／資源勘測(cè)和生物醫(yī)療等眾多行業(yè)領(lǐng)域都將與量子測(cè)量技術(shù)相關(guān)。從技術(shù)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)來看，量子測(cè)量技術(shù)整體處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)和原型機(jī)攻關(guān)階段，如何走出實(shí)驗(yàn)室在工程化應(yīng)用場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)落地，樣機(jī)整體能力指標(biāo)如何滿足實(shí)際場(chǎng)景中全方位應(yīng)用需求，仍需進(jìn)一步探索和突破，同時(shí)量子測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域分散，單一領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)規(guī)模有限，產(chǎn)業(yè)推動(dòng)力有待加強(qiáng)。

“我國(guó)高度重視量子信息領(lǐng)域發(fā)展，近年來取得一系列重要進(jìn)展，產(chǎn)學(xué)研協(xié)同和產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育等工作也逐步得到重視。”展望未來，張海懿表示，“為加快推進(jìn)我國(guó)量子信息領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展，我認(rèn)為未來需要依托QIIA等產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟平臺(tái)，在加快關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、保障自主供給能力、加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同、推進(jìn)未來產(chǎn)業(yè)培育等方面，進(jìn)一步聚力加快發(fā)展，爭(zhēng)取取得更多技術(shù)、應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化成果?！?