一、量子科技的内涵

（一）什么是量子科技？

量子科技是量子物理与信息科学交叉的新生学科，其物理基础是量子力学，借助量子叠加和量子纠缠等独特物理现象，以经典理论无法实现的方式获取、传输和处理信息。1920年，量子力学由爱因斯坦等科学家首次创立，已经先后孕育出原子弹、激光、核磁共振、卫星定位系统等一系列尖端科技新技术，是20世纪最重要的科学发现之一。

21世纪，第二次量子科技革命浪潮到来。第二次量子科技革命催生的量子计算、量子通信和量子测量等一批新兴技术，将极大地改变和提升人类获取、传输和处理信息的方式和能力，为未来信息社会的演进和发展提供强劲动力。

（二）量子科技的三大技术领域

1、量子计算：大计算时代的核心技术

量子计算以量子比特为基本单元，其核心优势是可以实现高速并行计算。相较于经典计算机通过控制电路的开关来处理信息，量子计算机可以利用量子态的叠加与纠缠特性，实现指数量级的性能提升，具有经典计算无法比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力。未来将在基础科研、新型材料与医药研发、信息安全与人工智能等诸多领域产生颠覆性影响。

量子计算的发展分为三个阶段，第一阶段是实现量子霸权，即针对特定问题的计算能力超越经典超级计算机，这一阶段性目标已逐步实现；第二个阶段是实现具有应用价值的专用量子模拟系统，专用量子计算机有望在5-10年实现突破；第三个阶段是实现可编程的通用量子计算机，则需要长期研究和探索。

2、量子通信：未来信息安全的关键技术

量子通信利用微观粒子的量子叠加态或量子纠缠效应等进行信息或密钥传输，基于量子力学原理保证信息或密钥传输安全性。利用单个光量子不可分割和量子不可克隆原理，确保非授权方不能复制与窃取量子信道内传递的信息，以此保证信息传输安全。

量子通信是各国优先发展的重点量子科技领域。在传统的通信方式中，加密方式依靠计算的“复杂性”，有被窃听的风险。量子通信是一种加密通信，其原理是利用量子状态的不确定性产生随机密钥，一旦通信被窃听则会改变量子的状态，窃听就会被察觉，进而使得密钥无法被破解，实现通信的保密。因此，量子通信在原理上被证明绝对安全，在保密领域有很大应用前景。

3、量子测量：突破传统测量极限

量子测量基于微观粒子系统及其量子态的精密测量，完成被测系统物理量的执行变换和信息输出，在测量精度、灵敏度和稳定性等方面比传统测量技术有明显优势。

高精度是量子测量的核心优势，小型化和集成化是未来发展的趋势。随着物联网、车联网、远程医疗等新兴技术研究的持续升温，超高精度低成本的传感器、生物探针、导航器件等关键器件的需求量迅速增长。量子测量基于量子特性，具有超高的测量精度，可以突破经典测量的极限，受到学术界、产业界的广泛关注。

二、发达国家量子科技发展战略与发展现状

（一）发达国家量子科技发展战略

当前，在量子科技领域整合科技资源、集中力量突破发展，已在主要发达国家中形成广泛共识。美国、欧盟、英国日本等发达国家的政府、科研机构和产业资本正在加速进行战略部署，美国的量子“登月计划”、欧盟的“量子宣言”旗舰计划、英国的“国家量子技术计划”等，都旨在从国家战略层面推动量子科技领域的发展。

表1全球部分发达国家量子科技战略

（二）发达国家量子科技发展现状

1、美国：量子科技战略布局清晰

上世纪末，美国政府将量子科技列为“保持国家竞争力”计划的重点支持课题。在理论方面，推进量子科技的学科建设，在应用技术方面，以研发高性能计算系统为牵引，重点突出量子计算硬件设备。

（1）关注领域：量子计算机、量子互联网

美国Los Alamos国家实验室正在创建一套辐射状的量子互联网。2019年10月谷歌实验证明，在世界第一超级计算机Summit需要计算1万年的实验中，谷歌的量子计算机只用了3分20秒，由此可见，量子计算具有远超传统计算机的计算潜力。

（2）未来趋势：全技术领域发展

当前，以美国为代表的世界主要军事强国主要关注的动向涉及量子通信、量子计算及量子密钥等领域。美国国防科学委员会认为量子技术未来的发展方向有三个：量子传感、量子计算和量子通信。量子传感可以“显著提高”国防部执行某些任务的能力，在GPS失效的环境中提供精确导航和定时功能；量子计算机在解密、信号处理和人工智能方面“可能给国防部带来巨大的计算能力”；量子通信可以改善网络技术。美国在量子通信发展注重技术研发和应用，量子通信产业已渗透到美国国家发展的各个层面，包括国防、外交、经济、信息、社会等不同领域的内容。

2、欧盟：量子通信取得重大突破

20世纪90年代，欧盟从第五研发框架计划（FP5）开始，持续对泛欧洲乃至全球的量子通信研究给予重点支持。2008年，着重发展量子通信和量子密码，并联合了来自12个欧盟国家的41个伙伴小组成立了“基于量子密码的安全通信”（SECOQC）工程。

（1）关注领域：量子密码通信

自1993年，欧盟开始对量子通信技术进行研究和开发，并在理论研究和实验技术上取得了重大突破，主要包括量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等领域。1993年至2011年，英国、瑞士、奥地利、德国、法国、瑞典等国在量子密钥分发、量子密码通信、太空绝密传输量子信息及量子信息存储等领域取得突破。2007年至2014年，欧盟致力于量子密码通信和量子密集编码研究，实现了量子漫步、太空和地球之间的信息传输，为卫星之间以及卫星与地面站之间进行量子通信提供了可能性。

（2）未来趋势：着眼布局量子产业

2018年10月，欧盟启动总额10亿欧元的量子技术旗舰项目，计划在未来十年建立欧洲量子产业，包括量子通信、量子计算、量子测量以及量子基础科研四大领域。

3、英国：推进量子科技应用

早期，英国积极参与欧盟关于量子科技的相关研究。2015年，英国将量子技术发展提升至影响未来国家创新力和国际竞争力的重要战略地位。

（1）关注领域：量子应用

2014年，英国宣布创立1.2亿英镑、由4个量子技术枢纽组成的网络，包括17所大学和132家公司，以推动具有商业可行性的量子技术应用。2018年，支持量子技术开发出适用于通信、测绘等领域的设备原型。

（2）未来趋势：多领域的量子应用

未来5-10年内，英国注重量子技术在防务体系中得到推广应用，并广泛应用于金融交易，飞机、导弹、火控和防御装备的控制系统，传感器数据处理（如数据融合、导航、干扰环境下信号解析），机器学习，人工智能场景理解，警告标志识别，非可见环境下的模式分析等多个领域。

4、日本：发力量子计算和量子通信

2000年，日本开始研发量子通信技术，政府和企业在量子通信、量子计算两大领域投入研究与应用。

（1）关注领域：量子计算、量子通信

量子计算：2017年，日本政府支持“量子人工脑”项目，推出量子神经网络装置，云端上体验新型计算机QNN的云系统。日本电气公司研发相当于“大脑”的基本回路，并在2023年之前研发实体机。2019年12月，日本东京大学宣布，将和IBM合作开展量子计算领域的研究，并计划广泛吸纳日本其他大学和研究机构参与研究。

量子通信：“产官学”联合攻关的方式极大推动了量子通信的关键技术如超高速计算机、光量子传输技术和无法破译的光量子密码技术的攻关、实用化、工程化探索，在量子通信专利申请上成绩显著。东芝、松下、日本电报电话公司、三菱、佳能、日本国立信息通信研究院、东京大学、玉川大学等各大企业和科研机构在量子通信领域的专利申请量居全球领先。

（2）未来趋势：新一代量子通信技术

日本提出以新一代量子通信技术作为研究对象，计划在2020-2030年，建成绝对安全保密的高速量子通信网。在2020年实现量子中继，2040年建成极限容量无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。

三、我国量子科技发展战略与发展现状

（一）我国量子科技的发展战略

近年来，我国政府对于量子科技和产业发展的重视程度进一步提高。近日，中共中央发布的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中将人工智能、量子信息、集成电路作为前三大前沿科技，在一定程度上说明了量子科技的重要战略地位。

表2我国量子科技战略

（二）我国量子科技的发展现状

1、量子通信

（1）发展现状：世界领先

我国的量子通信技术起步于1995年，但主要是学习阶段，进步速度缓慢。近年来，在顶层政策的指引下，我国科研工作者奋起直追，取得一批具有国际影响力的重大创新成果。2020年10月16日，中共中央政治局就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习，习近平总书记在主持学习时强调，要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。在量子通信领域，我国处于世界领先地位，已经进入实用化的量子密钥分发和量子保密通信，逐步进入商用化推广和产业化发展阶段。

表 3 我国量子通信领域的研究成果

（2）未来趋势：深化应用推广阶段

一是建立远程通信网，通过量子存储技术与量子纠缠交换和纯化技术结合，做成量子中继器，突破光纤和陆上自由空间链路通信距离短的限制。二是未来在量子纠缠和量子存储等共性关键技术突破之后，量子信息通信和量子互联网等方面可能产生更具基础共性和颠覆性的发展和应用。

2、量子计算

（1）发展现状：积极抢占先机

当前，我国量子计算仍处于发展初期。与美国相比，我国量子计算在科研领域与其差距不大，中国科学技术大学、清华大学等高校在量子计算领域取得一些阶段性研究成果。2019年12月，中国科学技术大学教授潘建伟等学者与德国、荷兰的科学家合作，在国际上首次实现了20光子输入60×60模式干涉线路的玻色取样量子计算，在四大关键指标上均大幅刷新国际纪录，逼近实现量子计算研究的重要目标“量子霸权”。2020年9月，中国科学技术大学郭光灿院士团队自主研发的6比特超导量子计算云平台正式上线，全球用户可以在线体验来自中国的量子计算服务。在企业方面，百度、阿里巴巴、腾讯、华为等科技企业也相继出台了量子计算研究计划。但我国在产业化、实用化方向上落后于美国。

（2）未来趋势：推进产业化发展

未来将重视量子计算科研、专利等研究，同时调动各方资源，加快量子计算产业化发展，在军工、气象、金融、石油化工、材料科学、生物医学、航空航天、汽车交通、图像识别和咨询等众多行业挖掘量子计算应用。

3、量子测量

（1）发展现状：处于跟随阶段

我国量子测量领域某些关键技术研究仍处于跟随阶段，与世界先进水平的相关指标参数仍有数量级的差距。量子测量领域的世界纪录大多由欧美国家保持，我国量子测量在系统工程化和实用化仍有待探索，科研成果转化应用机制不成熟，产业合作和推动力量有限。2019年10月，中科大首次实现50纳米空间分辨率的高精度多功能量子传感，为高空间分辨率非破坏电磁场检测和实用化的量子传感打下了基础，可用于微纳米尺度电磁场及光电子芯片的检测。

（2）未来趋势：推进技术突破发展

在量子测量领域，加强推进科研项目，推动研究成果落地转化，以及研究机构和行业应用部门的沟通交流合作。技术方面，基于量子相干性的测量技术主要利用量子体系的波动特性，使两束原子束在检测点发生干涉，由于待测物理量对两束原子的作用不相同，因此两束原子的相位差反映了待测物理量的大小。其技术成熟度和测量精度均比较高，广泛应用于定位制导、重力探测等领域。但通常体积较大，难以集成化。目前，已开展小型化、可移动化方向的研究。在应用方面，未来随着技术研究突破，以及器件和设备集成度提升，量子测量技术将成为传感测量各技术领域的升级演进方向，在包括通信、能源、军事、航空在内的诸多领域具有巨大的应用潜力。

四、我国量子科技创新发展策略研究

（一）加快核心技术攻关

进一步加大量子科技领域基础科研支持力度，在量子通信的高品质纠缠源、高性能单光子探测、量子态存储中继，量子计算的高维量子纠缠操控和高效量子纠错编码，量子测量设备小型化、集成化等方面开展核心技术攻关，积极掌握关键技术创新和可持续发展能力。

（二）加强科技人才培养

为推动量子科技长期发展，可以设立“量子工程”等相关学科，培养高校科技人才。完善科研人员绩效考核评价、经费管理、人才评价等机制，加强项目报审、职称评定、资金划拨等方面更加合理化、人性化，让更多人才能够专注于长期研究，同时获得事业层面精神和物质的合理回报。深入实施政府特殊津贴、百千万人才工程、博士后创新人才支持计划等重大人才工程，持续加强高层次量子科技人才队伍建设，充分发挥专家人才作用，为国家各项事业发展提供有力支撑。

（三）推进产学研协同创新

我国量子科技产业化还处在初级阶段，市场化机制还未形成，发展量子科技，企业应占主导地位，可以积极主动与院校、研究机构进行战略合作，将自身企业发展所需的重大科技技术和领域，与院校、机构的研究课题相融合，企业提供资金、市场信息，院校机构则负责人才、基础研究跟进。

（四）健全政策支持体系

我国在量子科技领域特别是量子通信领域处于世界领先地位，应当在法制环境、财税政策、知识产权保护与成果转化、人才培养、融资体制等方面继续给予一定的支持，保持我国在量子科研方面的领先地位。积极发挥“集中力量办大事”的体制优势，创新运行机制，尽快落地筹划建设的量子信息国家实验室，协调各方力量共同参与量子科技的研究工作。

（五）加强国际战略合作

在量子科技领域，与美国、日本、欧盟等发达国家开展国际合作，加强人才交流，推动量子信息科学学术界、产业界的交流，充分发挥量子信息科学的潜力。

赛智时代认为，我国已经成为全球量子科技研究和应用的重要推动者，在量子科技领域应积极主动与相关发达国家同台角逐，共同成为推动量子信息技术发展和演进的重要力量。同时，我国主动借鉴吸纳发达国家量子科技的发展成果，依据现阶段量子科技的发展基础和优势，立足国家发展战略，制定符合我国量子科技创新发展的策略。

注：本文摘自赛智时代量子科技课题组冯姣姣、周君、冯诗楠完成的研究报告，详细内容请点击饮鹿网产业报告栏目阅读。

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