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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、不可竊聽的特性。

如果中途遭到竊聽，信息將會(huì)被破壞，接收方就能察覺，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)有來較多下游的成功應(yīng)用案例。

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)化的開拓者、實(shí)踐者和引領(lǐng)者。

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△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，通過量子傳送門實(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)庫數(shù)據(jù)顯示，國(guó)盾量子在量子通信相關(guān)領(lǐng)域公開的同族專利數(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。

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△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，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程中的高安全傳輸及高安全存儲(chǔ)問題。

量子通信技術(shù)本身離不開光纖等設(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“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)。

一般來說，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。

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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。

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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等專門從事量子計(jì)算機(jī)開發(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。

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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)。不過國(guó)內(nèi)科技公司也在加快追趕步伐。

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