2018年量子信息技术发展与应用研究报告_41页-3mb

《量子信息技术发展与应用研究报告》（2018年）总结

核心内容概述

本报告由中国信息通信研究院于2018年12月发布，全面分析了量子计算、量子通信和量子测量三大核心技术的发展背景、研究现状、应用进展及我国面临的挑战与未来发展方向。报告指出，量子信息技术作为新一代信息技术的重要组成部分，具有颠覆性潜力，将在未来信息通信技术演进和国家科技发展中发挥关键作用。

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主要观点

1. 量子科技革命第二次浪潮即将来临

• 量子科技革命第二次浪潮的核心在于对微观粒子系统（如光子、电子、冷原子等）的精确调控和观测。
• 量子叠加态和量子纠缠态等特性，为信息采集、处理与传输提供了全新的方式。
• 量子信息技术将对信息社会产生基础性乃至颠覆性影响，推动通信、计算和传感等领域的变革。

2. 量子信息技术在全球范围内受到高度重视

• 美国：投入力度大，设立《国家量子行动计划(NQI)》，推动量子计算、通信、测量等多领域发展，科技巨头如谷歌、IBM、微软等积极参与，形成良好的产学研合作机制。
• 欧洲：推出“量子宣言”旗舰计划，投资10亿欧元，支持量子计算、通信和测量四大领域，已启动多个量子通信实验项目。
• 日本：设立量子信息和通信研究促进会，投入400亿日元，推动量子通信和信息领域发展。
• 我国：自2016年起设立“量子调控与量子信息”国家重点专项，2018年进一步加强布局，量子保密通信和量子通信技术已取得领先优势，但在量子计算和测量方面仍面临一定差距。

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关键信息

一、量子计算技术与应用进展

1. 研究现状

• 量子计算具有指数级算力提升潜力，可用于解决经典计算无法处理的复杂问题。
• 量子计算仍处于原理样机和关键技术验证阶段，面临量子比特数量少、相干时间短、出错率高等问题。
• 主要技术路线包括超导、离子阱、半导体、中性原子、光量子等，其中超导和离子阱路线较为领先，但尚未实现技术收敛。

2. 应用与产业生态

• 美国在量子计算领域处于全球领先地位，科技巨头推动技术突破与产业化。
• 中国在量子计算领域已有一定成果，如中科大实现11位超导量子比特纠缠，但整体发展仍滞后于欧美。
• 量子计算产业生态初具雏形，但产品工程化和应用推广仍需突破。

3. 我国面临的挑战

• 关键技术如量子纠错编码尚未突破，算力优势尚未充分验证。
• 产业基础薄弱，企业参与度不高，发展依赖政策支持。
• 产学研协同机制不完善，缺乏系统化、规模化的发展模式。

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二、量子通信技术与应用进展

1. 研究现状

• 量子通信包括量子隐形传态和量子密钥分发两大类，基于量子力学原理实现信息传输安全性。
• 量子密钥分发技术已进入实用化阶段，但受限于传输距离和密钥速率，仍需技术突破。
• 星地量子通信是未来研究重点，我国“墨子号”卫星已实现千公里级量子通信实验。

2. 应用与产业进展

• 量子保密通信已在全球多国试点应用，我国“京沪干线”建设规模和数量处于领先。
• 量子通信设备已形成初步产业链，包括基础研究、设备研发、网络建设与运维。
• 量子通信标准化研究已启动，对产业规范发展具有重要意义。

3. 我国面临的挑战

• 量子通信基础研究仍需突破，如量子存储、量子中继等关键技术。
• 商用QKD系统性能受限，存在安全漏洞和传输瓶颈。
• 产业化发展仍处于起步阶段，市场化推广机制不完善。

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三、量子测量技术与应用进展

1. 研究现状

• 量子测量基于微观粒子的量子特性，具有高精度、高灵敏度和高稳定性等优势。
• 主要研究方向包括时间基准、惯性测量、重力测量、磁场测量和目标识别。
• 量子测量技术正在逐步替代传统传感技术，成为未来技术演进的重要方向。

2. 应用与产业进展

• 量子测量技术已应用于基础科研、空间探测、生物医疗、惯性制导等多个领域。
• 量子时间基准、量子陀螺仪等设备已进入研发阶段，具有广阔的应用前景。
• 美国在量子测量领域保持领先，我国在部分技术方向如量子时间基准方面取得突破，但整体仍需提升。

3. 我国面临的挑战

• 量子测量设备工程化和实用化仍需突破，体积、功耗和集成度是主要瓶颈。
• 应用转化机制不成熟，缺乏系统化和持续性的产业支持。
• 产业化合作不足，科研与市场衔接不畅。

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未来发展趋势与策略建议

一、量子信息技术整体演进趋势

• 量子信息技术将在国家科技发展、新兴产业培育和经济建设中发挥基础性作用。
• 量子计算、通信和测量三大领域各有发展特点，量子计算和量子测量在短期内可能推动更多实际应用。
• 量子信息共性关键技术（如纠缠源制备、量子态存储、单光子检测等）是推动整体发展的重要因素。

二、国际发展态势

• 美国在量子计算和测量方面处于领先地位，欧洲在量子通信和综合布局方面具有优势。
• 我国在量子通信领域表现突出，但量子计算和测量仍需加快追赶步伐。

三、策略建议

1. 明确研发重点，突破技术瓶颈

   • 加强对量子通信、计算和测量的基础研究支持，推动关键共性技术突破。
   • 聚焦量子纠错、高维纠缠操控、高精度量子测量等方向，构建核心技术优势。

2. 补齐产业基础短板，提升工程能力

   • 加强对高品质材料、高精度探测器、高效率制冷设备等关键环节的投入。
   • 推动跨学科协同，提升量子技术与传统工业、通信技术的融合能力。

3. 加强顶层设计，优化科研管理机制

   • 建立国家层面的量子信息发展战略，强化政策引导。
   • 完善科研评价体系和人才引进机制，提升科研效率和创新能力。

4. 建立合作平台，推动产业应用

   • 构建产学研用协同机制，加强国际合作。
   • 推动量子信息标准制定和评测认证，完善产业生态。
   • 建立公共创新平台和产业联盟，促进技术转化与应用推广。

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结论

《量子信息技术发展与应用研究报告》（2018年）系统梳理了我国在量子计算、通信和测量领域的研究进展与应用前景，指出了当前面临的瓶颈和挑战，并提出了推动我国量子信息技术发展的多项策略建议。随着全球量子科技竞争的加剧，我国需加快布局，加强基础研究，推动技术突破，完善产业生态，以在新一轮科技革命中占据有利地位。