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量子通信技术研发与产业化进程加快
时间:2018-01-14 12:32:49 来源:驻马店前沿网 点击:5461

量子通信技术研发与产业化进程加快

  新华社上海01月14日电?题:量子计算机中国造“速度革命”新飞跃——量子时代的探寻与追问新华社记者世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机14日在上海亮相,十个超导量子比特纠缠首次成功实现,中国科学家再次站在了创新的前沿,其中,能够进行信息直接传输的量子隐形传态技术仍处于实验研究的探索阶段,是量子信息领域基础科研的前沿热点,微观世界的运行,远比人类想象得更神秘,量子通信成为国家科技实力竞争的重要战场之一上世纪中叶,随着量子力学的创立和发展,人类开始认识和利用电子、光子和原子等微观粒子的独特属性,掀起了量子科技革命的第一次浪潮,其中诞生的半导体、激光器和原子能等一系列重大科技突破,为今天信息社会的形成和发展奠定了基础,新版“神算子”有多神?——未来将秒杀超级计算机芯片越来越小,传统计算机未来必将遭遇计算极限。

  其中以量子通信和量子计算等为代表的量子信息技术的研究与应用,在未来国家科技竞争、新兴产业培育、国防和经济建设等领域具有重要战略意义,而对类似这样的大规模计算难题,如果借助万亿次量子计算机,只需0.01秒,近年来,美国通过“量子信息科学和技术发展规划”等项目,持续支持量子通信和量子计算等前沿研究和应用,每年的研究经费投入达2亿美元,中国科学技术大学潘建伟院士和陆朝阳教授等研制的光量子计算机,已经比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍。

  英国发布“国家量子技术计划”,投资2.7亿英镑支持量子通信、传感、成像和计算四大研发中心,“这意味着,中国科学家研制出了量子计算领域的埃尼亚克(第一台电子管计算机ENIAC),我国在2018年发布的“十三五”规划纲要中提出着力构建量子通信和泛在安全物联网,并在多项科技与信息产业规划中将量子通信列为战略性新兴产业,潘建伟说,在量子计算基础研究领域,就计算能力而言,科学界有三个达成共识的指标性节点:第一步超越首台经典计算机,第二步超越商用CPU,第三步超越超级计算机。

  作为量子信息领域中最接近实用化的技术,近年来量子通信在理论验证、实用化水平提升和新应用场景开发等方面取得了一系列研究成果”陆朝阳表示,预计年底可以实现操纵20个量子比特、达到目前商用CPU水平;到2020年,有望实现操纵45个量子比特的目标,向经典超级计算机的计算能力发起挑战,在量子隐形传态的研究探索方面,2018年,荷兰代尔夫特理工大学克服传统实验中的光子探测效率和传输距离漏洞,充分验证了量子纠缠的非定域性,来自中国科学院量子信息和量子科技创新研究院的信息显示,国际学术界关于量子计算技术的发展,集中于光子、超冷原子和超导线路这三个研究体系。

  在量子密钥分发的实用化研究方面,2018年,东芝欧研所报道了光量子态与传统光信号基于波分复用实现共纤传输和对高速信号进行实时加密,提升了量子密钥分发的实用性,“最快带来实际价值的体系是超冷原子量子模拟,将来很可能集成化的是超导量子计算,谷歌、IBM都在投入大量资源,积极布局,同年,英国布里斯托大学和牛津大学还分别报道了基于光子集成电路的芯片化量子密钥收发器和基于空间光的手持式量子密钥终端,为量子密钥分发设备和应用的演进奠定基础,2018年,谷歌、美国航天航空局和加州大学圣芭芭拉分校宣布实现了9个超导量子比特的高精度操纵。

  2018年,美国Battelle公司建成俄亥俄至华盛顿650公里的量子保密通信光纤线路,并公布连接美国东西海岸的环美量子通信骨干网络建设计划,不过,由于高精度量子操控技术的极端复杂性,目前对其的研究仍处在早期发展阶段,2018年,英国量子通信中心开始建设连接布里斯托、伦敦和剑桥三地的量子通信试验网络,意大利也启动了总长1700公里贯穿全境的量子通信骨干网建设项目”潘建伟说。

  2004年,中科大在北京至天津125公里现网光纤中完成首次量子密码传输,之后相继在北京、济南、芜湖、合肥与上海等地建立了多个城域量子保密通信实验示范网,新华社金融信息量子保密通信验证专线以及关键部门间的量子通信热线等,量子计算机的问世,有助于解决现有计算机也难以解决的问题,2018年,量子保密通信“沪杭干线”、“宁苏干线”和“武合干线”等一批由地方政府和社会资本参与投资的项目纷纷开始建设,成为我国量子保密通信产业化应用与推广的新动力,到那时,它对某些特定问题的计算能力就可以达到目前全世界所有计算能力之和的100万倍,计算能力将会突飞猛进。

  目前量子中继技术尚不成熟,卫星平台因其不受地形地貌限制,信道损耗小,覆盖面广、安全性高等优点,成为在长距离量子通信中进行纠缠分发或密钥中继的理想平台,专家认为,计算能力极限的大幅提升,意味着量子计算机可以分析更多数据,2018年01月,我国成功发射全球首颗量子通信科学实验卫星“墨子号”,并报道了多项基于“墨子号”卫星的重要研究成果,典型包括:首次实现1200公里纠缠光子分发测量,验证量子力学原理在空间大尺度环境下正确性;首次在1200公里低轨卫星和地面站间完成了1.1kbit/s安全码率的量子密钥分发,突破了传输距离的极限;首次在星地之间1400公里链路完成单光子量子比特隐形传态,为超远距离量子通信组网奠定基础,潘建伟预测,造出“专用”量子计算机,在求解材料设计、化学研究、物理研究等特别需要、特别有用的问题上超越“超级计算机”,有望在10年出现,最终还将拓展到量子人工智能领域。

  量子保密通信产业链初步形成,标准化工作启动随着近年来试点应用和网络建设项目的推进,我国量子保密通信产业初步建立,形成了包含技术研究、系统集成、建设运维和安全应用等相应的产业链,随着“墨子号”发射升空,我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,国盾量子、问天量子和九州量子等系统设备商,具备提供商用化的量子密钥分发系统、组网设备和整体应用解决方案的能力,在市场和研发能力等方面也进一步增强,成为推动量子保密通信产业发展的重要力量,到2030年左右,建成一个全球化的广域量子通信网络。

  以新华社、工商银行和阿里巴巴等为代表的政企与行业客户,开始采用量子保密通信设备和量子密钥进行专网的信息安全防护,交易数据的加密传输以及数据中心的安全备份等应用,目前,量子保密通信已逐步进入产业化阶段,成为未来保障信息安全的“护卫舰”,2018年底,由中科院牵头,联合中科大、科大国盾和阿里巴巴等单位,成立了中国量子通信产业联盟,通过整合研发制造和应用服务等各方的优势资源,共同推进量子信息技术与产业的创新和应用,到2030年,或许人人家里都有一个“密钥机”;新的量子材料可以改变电池技术,成百倍地扩大电池容量,面对变幻莫测的量子世界,从“被动观测”迈入“主动调控”,人们期待着量子科技开启更美好的未来,在全球量子通信技术与产业竞争中,标准制定的话语权对于企业生存和产业发展都至关重要

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