量子信息产业现状与展望

Q：量子信息产业的发展趋势如何？A：量子信息产业近年来开始由政府主导，大型央企国企作为中间力量推动产业链完善和应用场景探索，预计该行业会在上下游整合和投入增加方面得到显著 发展。Q：量子计算机的发展阶段有哪些？何时可能实现通用化？ A：量子计算机的发展分为三个阶段，第一阶段为探索阶段，第二阶段通过特定问题超越经典计算机 ，即实现量子霸权；第三阶段为通用化阶段，即实现量子 计算机能够通过编程解决任何问题，预计在2030年前后可能实现通用化。Q：量子计算机的优势是什么？其威胁主要体现在哪里？A：量子计算机的优势在于其并行计算能力，可以高效解决某些特定的大数密钥空间求解问题。然而 ，一旦实现通用化，其威胁在于可能破解传统密码算法，成为国家层面的一种武器，对国家安全构成潜在威胁。Q：量子通信的实现方式有哪些？ A：量子通信有两种实现方式，一种是密钥量子密钥分发（QKD），通过光纤网络传送单光子实现密钥的分发和协商；另一种是量子隐形传态（QT）。Q：量子隐形传态的基本原理是什么？量子隐形传态在哪些场景中具有应用前景？A：量子隐形传态利用量子纠缠实现信息的高效传输。当一对粒子处于纠缠态时，测量其中一个粒子的状态（例如向下旋转），则另一个粒子的状态必定为 向上旋转，即使它们相隔很远。这种现象使得无需直接测量另一粒子，也能获得关于其状态的信息。量子隐形传态尤其适用于空地（例如卫星与地面站）之间的密钥分发，解决了传统光纤网络建设成本高昂的问题，能够实现广域范围内的密钥协商和分发。 Q：目前量子隐形传态技术面临的主要挑战是什么？A：当前量子隐形传态技术的瓶颈在于量子纠缠态粒子的制备时间和保真度不高，导致仍处于实验室研究阶段，尚未实现实用化和商业化。尽管量子卫星如 墨子号进行了相关实验，但仍需进一步改进和完善。Q：中国在量子通信领域的主要发展方向是什么？ A：中国在量子通信领域正积极推进以QKD（量子密钥分发）为主的模式，并规划了量子保密通信骨干网，已经建成约2万公里覆盖大中小城市的骨干网。同时，正在构建面向应用层面的量子城域网，以解决城市内部通信传输的问 题。Q：量子城域网在国内的发展现状及前景如何？ A：国内已有多家运营商开始建设量子城域网，如电信，预计未来几年将有更多城市加入量子城域网的建设。尽管目前处于试验阶段，但随着网络的发展和完 善，量子城域网有望成为未来国家通信专网的重要基础设施。Q：量子通信技术在轻量级业务中如何应用？A：量子通信技术结合传统密钥生成，可以提供真随机性密钥，从而抵抗量子攻击，为现有的密码体系提供安全保障。 Q：量子测量技术主要应用于哪些领域？A：量子测量技术主要应用于位置精准测量（如原子钟定时器）和时间精准定义等领域。尽管国内投入相对较少，但这一技术在未来可能发挥重要作用。 Q：PQC算法在后量子时代的密码安全中扮演什么角色？ A：PQC算法是针对未来通用量子计算机可能对现有密码体系造成威胁而提出的一种解决方案，旨在对抗量子攻击。目前，美国NIST正在进行PQC算法的标准制定工作，并通过多轮 选拔确定了基于革命码算法的皮革生产法作为候选算法。 Q：在PQC领域，随着量子计算的发展，是否有其他替代算法可能出现？量子计算机发展过程中，关于现有PQC算法的安全性是否存在普遍担忧？ A：在PQC领域，由于量子降低技术的出现，可能会有越来越多的算法涌现出来。虽然目前的PQC算法理论上可以对抗量子计算，但随着量子计算机的发展和深入研究，新的算法会不断出现，这将丰富解决问题的方式。因此，在这个 领域，希望找到能够应对未来量子计算机发展的新算法。目前已有四个算法入选，并且国内外仍在筛选和公布新算法以应对挑战。是的，量子计算机领域普 遍存在一个问题，即现有的PQC算法在未来量子计算机广泛应用、研究深入后，其安全性如何得到保障，这是一个普遍关注的问题。 Q：在量子计算和量子通信领域，哪个领域的商业化落地节奏会更快一些？A：根据目前产业推进节奏和技术演进，量子通信领域的商业化落地速度会更快，特别是量子产业网（QPD）建设。国内多家企业正在建设相应的QVT设备，随着行业规模扩大，企业投入降低成本，普及率会逐步提高。 预计未来3到5年内，量子通信领域的增长空间较大。Q：量子计算在哪些行业应用最为广泛？ A：目前，量子计算主要应用于金融行业和医疗行业。金融行业通过量子计算进行数据分析，能获得更快的结果；在医疗领域，量子计算可并行测试分子结 构，显著缩短新药研发时间。此外，量子计算还在高校领域具有市场增量空间，如开设量子物理等相关专业，以及量子测量仪器的演示需求等。Q：国家对量子信息产业的整体态度如何？政策上会有什么有力支持？ A：国家对量子信息产业持积极态度，去年和今年政策层面发生了显著变化。今年国家借助央国企向该行业投入大量资金，并整合产业链。在资金层面，政策 资金扶持和大型国企投入带动了整个产业链的发展。在政策层面，今年两会将量子通信列为新的生产力，多地也出台了相应的扶持政策。未来，政策将更加青睐这个行业，随着市场的逐渐接受和政府政策的进一步推动，量子信息产业的发展空间巨大。 Q：电信在推动量子技术落地方面，特别是在城市量子城域网建设方面的投入力度和决心如何？A：电信在推动量子技术落地方面表现出了较高的投入力度和决心。电信成立了中电信量子信息科技集团，并与国政合资成立了中电信量子科技有限公司，将 量子通信与云网业务进行融合。去年，国资委对量子科技领域有所关注，借电信之手进行了相应投资。目前，电信每年都会有一定额度的资金用于城域网建 设，规划在十几个城市进行投入，其中电信的投入占比可能为4分之1到5分之1， 其他省份电信也会进行跟投，从而撬动更多资金。目前已有多个城市如上海、杭州、金华、芜湖、宣城、北京、广东等在规划或进行量子城域网建 设，进度加快，有望在今年下半年实现落地。Q：单个城市在量子城域网建设上的投资规模大约是多少？A：目前处于试点阶段的量子城域网建设，投资规模不会像合肥那样大规模，但单个城市的投资基本都在上千万级别。 Q：2024年的量子信息技术领域规划相比之前的规划有何变化？ A：2024年的规划是新的规划，而非之前老的规划在执行过程中加速推进。Q：中国在量子信息技术领域与国际上技术领先的国家相比，在哪些领域具有竞争力？A：在国内，量子计算领域拥有两条主要路线，即超导和光量子，这两条路线实现了量子霸权，是世界上仅有的两个。在量子通信领域，尽管国内量子QKD技术的应用走在世界前列，但在QBD（量子宽带）领域，国外的侧重点在于PQC算法研究，而国内在研究BQC算法，尚未实 现大规模商业化应用。因此，在量子计算机方面，国内与国外的差距在于量子比特的数量，但国内迭代速度较 快，有望在未来追赶国际先进水平。Q：量子计算机的比特分类及其应用情况如何？ A：在量子计算机中，比特分为两类：数据比特和辅助比特。国内的一些超导计算机，如176 比特的，其中大部分（约70%）都是辅助比特。而最新的量子计算机可能只有大约一半的比特是用于实际运算的，比如国内176比特中的60多个。这意味着，要实现商业化，可能需要 数千个甚至上万个真正用于运算的比特。 Q：对于将量子计算机实现商业化，您的展望是什么？A：要实现量子计算机的商业化，预计需要上万个比特才能达到真正的商业化水平。正如摩尔定律一样，随着技术的不断进步，量子比特的实现速度也会越来 越快。因此，只要在0到1的阶段扎实推进，后续从1到100的阶段会很快实现 。Q：目前量子计算机能否实现通用化，以及需要解决的关键问题是什么？A：虽然通用量子计算机不一定要达到上万个比特，但要实现通用化并非易事。除了需要实现大量比特，还需要考虑编程语言的完善 、编译环境的建立、环境 测量软件的完善、量子比特的相关性及保真度等多个方面。只有当这些关键问题得到解决，量子计算机才能真正走向通用化，单纯的比特数量并不能保证其通用化。 Q：密码领域推进困难，但未来有什么大的进展吗？A：密码行业确实推进比较困难，但近期已经出现了一些积极变化。很多市级政务系统已经通过密码评测并建立了密码资源池。随着密评规则制度的不断完 善，测评标准降低难度，以及官方指导手册的推出，密评工作变得越来越规范，也更容易被企业和单位接受。预计未来几年，密码行业将进一步普及推广，从长跑转变为短跑，最终与等保评测融为一体，新系统上线时必须考虑并采用相应的密码设备。 Q：密码行业未来发展前景如何？A：未来几年，密码行业将因成熟度提升和市场需求增大而有更好的发展空间，虽然竞争也会加剧，但整体上市场前景看好。 Q：今年两会首次提到量子信息升级到战略新兴产业，是否会有相关政策支持落地？A：目前还未听到任何实质性的利好政策，通常这类鼓励推广型政策由地方政府制定，但未见强制性政策出台。 Q：能否提炼一下目前量子计算产业链的盈利模式？A：量子计算的盈利模式将以中心化方式建立量子计算平台，并通过服务方式收取使用时长的费用。未来，量子计算将与云计算结合，构建超量融合的平台， 由运营商建设并提供给高校、金融企业、生物制药和智能计算等企业使用。Q：量子通信和量子计算的难度相比如何？它们在衡量整体量子计算产业价值上起到何种作用？A：量子计算的突破更具颠覆性，而量子通信是为了抵抗量子计算带来的风险。量子通信领域的设备小型化和建设成本降低是衡量其产业化价值的重要因素， 而量子隐形传态和量子相机技术的突破则将带来质的提升。Q：阿里等云商在量子计算领域是否有明确需求？A：目前阿里等国内互联网厂商虽有涉足量子计算，但尚未看到明确实质性需求。这些公司主要是在量子计算相关技术和生态方面进行研究和探索，还未大 规模应用于具体场景中。Q：国内是否有量子计算云服务提供企业？ A：国内也有提供量子计算云服务的企业，例如移动、电信等运营商都推出了相关平台和技术支持，虽然与海外公司IONQ上市并提供量子云服务的情况有所不同，但国内在量子计算云服务领域 已有发展。