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从无到有大练内功,中国量子计算信息技术领跑世界

7月7日上午,墨子量子计算科技基金协议签署仪式在中国科学技术大学举行。安徽省投资集团控股有限公司、安徽国元控股有限责任公司、合肥兴泰金融控股有限公司共同捐赠一亿元人民币,与中科大一起共同发起设立“墨子量子计算科技基金”。

从无到有大练内功,中国量子计算信息技术领跑世界

设立墨子量子科技基金是量子信息科学发展进程中的一件大事,是政府支持量子信息科学国家实验室创建的一项重要举措,对提升我国在全球量子信息科学领域话语权和影响力具有深远意义。

自建立以来,中国科学院量子信息与量子科技创新研究院,在量子信息技术领域取得了一系列世人瞩目的科研成果:

2006年,实现国际最长距离实用光纤量子密码系统;

2007年,我国第一个量子密码网络系统在北京测试运行,实现四端口量子密钥分配网络;

2010年,实现红外单光子探测器量产,奠定量子密码规模化应用基础;

2012年,实现99.9%世界最高保真度的固态量子存储器;

2013年,首次实现了光子轨道角动量的量子存储;

2014年,实现麦克斯韦妖式量子算法冷却;

2015年,首次实现高维量子纠缠态的固态存储;发布自主开发的第一性原理量子力学计算软件ABACUS;

2016年,实现多自由度超纠缠态的量子存储;成功研究新型量子比特编码,可同时实现快速操控和长相干时间;利用量子模拟首次揭示马约拉纳费米子的量子统计特性;

2017年,首次实现基于量子存储器的量子安全直接通信;“本源量子计算云服务平台”于10月11日上线;

2018年,在新型量子密钥分配研究方面取得重要进展;实现了目前国际上最高效的量子态层析测量;

从无到有,从国家战略领域与人才培养领域两方面“大练内功”,在量子信息这个交叉学科领域基本实现了“中国量子信息技术领跑世界”。(虽然,我也很想这么说┭┮﹏┭┮

但是,现实是目前在量子计算机领域势头正劲破浪而行的几家公司——IBM、Google、Microsoft等,其背后均有美国政府的影子。相较而言,中国在量子信息领域,或者更准确的说是量子计算机领域仍有较大差距。

最大或者说最为致命的差别在于,美国政府、公司在其量子计算机硬件、软件乃至应用方面都有明确的布局和集中攻坚的力量。

而软件以及算法部分可以说是计算科学的灵魂,也正是这方面的差距导致我们在量子计算机领域发展缓慢甚至可以说是发展被动。

更要看到的是除了美国之外,全球已经掀起一场“量子技术热”。

欧盟

早在上世纪90年代,欧洲就意识到量子科学在信息处理和通信技术上的巨大潜力,并持续对泛欧洲乃至全球的量子通信研究有目的、有条件的给予重点支持,在欧洲本土先后开展了量子保密通信标准化研究、星载量子通信等计划。

于2008年联合12个欧盟国家的41个伙伴小组成立“基于量子密码学的全球安全通信网络开发项目”(SECOQC),同年,项目组宣布耗费4年多时间,先后投入1471万欧元成功开发出一套基于量子密码学研制的“无法破解”的网络密码系统;

2016年,欧盟委员会在欧洲量子会议上发布《量子宣言》,宣布将支持一项持续十年、投入十亿欧元的量子技术旗舰计划,此项计划将于今年(2018年)启动,希望借此促进包括安全的通讯网络和通用量子计算机等在内的多项量子技术的发展,同时这也是欧洲H2020研究和创新框架项目(European H2020 research and innovation framework programme)的一部分。

  欧洲量子计算会议

从无到有大练内功,中国量子计算信息技术领跑世界

俄罗斯

2010年,俄罗斯在国内启动了大型量子技术中心(RQC,Russian Quantum Center),进行量子通信和量子电子学研究,并大力投资为其量子技术领域的青年人才制定并实施教学项目。

2017年,RQC宣布开发出世界上第一个量子区块链(Quantum-secured blockchain)技术,并在当地最大银行Gazprombank验证了该项技术,RQC的研究人员宣称这是一个全新的区块链体系结构, 可以规避区块链技术的所有安全漏洞,“它是如此的安全, 甚至连量子计算机也无法侵入。”

Quantum communications system,Credit:RQC

而我们的“邻国”包括日本、澳大利亚在内等国家均将量子保密通信、量子计算领域研究成果视作国家级战略资源,尤其是日本。

日本当地科研机构在政府的支持和引导下,虽然起步晚于美国和欧盟,但相关研究发展迅速,在量子通信技术的研发和产业化开发上均取得了显著成绩,而除科研机构外,包括NEC、Toshiba、Hitachi、Panasonic、NTT等在内的合作企业在量子通信领域的专利申请量全球领先,不仅技术水平突出、应用技术繁多,而且相关专利质量高、特定技术领域的专利占有率高。更为关键的是由于日本对国内海外专利申请意识较强,其相关技术大多使用价值高,可直接根植于通信产品中。

近年来的趋势正是世界迎来第二次量子革命的证据,可以这么说,除了由于理论技术沉积、渗透迎来的技术应用式爆发,不可不说另一个重要的影响因素是中国在量子信息领域的爆炸式的发展,成功在安置了另一个喜闻乐见的的新的中国式WeiXie。

近日,美国众议院科学、太空和技术委员会更是一致通过“国家量子计划法案”,计划投入13亿美元开展为期10年的量子行动计划,旨在促进量子科学的发展,同时确保美国在量子信息科学及技术应用领域的领先地位。

放眼全球,无论是在量子保密通信还是量子计算机领域目前仍是群雄逐鹿之势,“鹿死谁手还未可知,我们还有机会”,中国科学技术大学量子信息重点实验室主任、物理系教授郭光灿曾在采访中谈到,要抓住这个机会,中国需要从两方面“大练内功”。

一方面,国家要加强在量子计算机研制方面的布局,将其上升到国家战略层面,把方方面面的力量组织起来,支持量子计算机的研制

另一方面,我国要做好量子计算领域年轻人才培养。年轻一代非常重要,我们不光要着眼于现在的研究,还要放眼未来,而人才就是未来。

二十一世纪是公认的大数据、信息化的时代,量子技术将在这里扮演着至关重要的角色,也无疑将迎来辉煌的未来,我们有足够的理由对即将到来的量子时代充满期待。

更加期待在国家的大力支持下,我国科研人员能够在量子计算技术方面开创了真正的中国量子时代新纪元。

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