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中國量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展態(tài)勢
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 國盾量子    2024-06-12

2023 年 12 月，在中央經(jīng)濟(jì)工作會議中提到“開辟量子、生命科學(xué)等未來產(chǎn)業(yè)新賽道”。2024 年 3 月，國務(wù)院《政府工作報告》指出，2023 年我國科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)新的突破，包括“量子技術(shù)等前沿領(lǐng)域創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)”等，2024 年要大力推進(jìn)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，“制定未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，開辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道”。

2024 年 3 月，第十四屆全國人民代表大會第二次會議批準(zhǔn)了《關(guān)于 2023 年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計(jì)劃執(zhí)行情況與 2024 年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計(jì)劃草案的報告》，指出：2023 年，國家戰(zhàn)略科技力量持續(xù)強(qiáng)化?！?strong>人工智能、量子信息、腦科學(xué)、農(nóng)業(yè)生物育種等領(lǐng)域科技創(chuàng)新 2030－重大項(xiàng)目加快實(shí)施。

2024 年，開辟量子技術(shù)、生命科學(xué)等新賽道。2024 年 5 月，國務(wù)院國資委開展第二批中央企業(yè)原創(chuàng)技術(shù)策源地布局建設(shè)，在量子信息、類腦智能、生物制造等 36個領(lǐng)域，支持 40 家中央企業(yè)布局 52 個原創(chuàng)技術(shù)策源地。

下一步，國務(wù)院國資委將推動各中央企業(yè)加大第一、二批策源地建設(shè)力度，結(jié)合實(shí)際加快推進(jìn)“鼓勵關(guān)注類”策源地建設(shè)，深入實(shí)施“加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究”等 11 個行動計(jì)劃，力爭在量子信息、6G、深地深海、可控核聚變、前沿材料等領(lǐng)域取得一批原創(chuàng)成果，推動中央企業(yè)持續(xù)完善創(chuàng)新體系、增強(qiáng)創(chuàng)新能力、激發(fā)創(chuàng)新活力，加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力。

依據(jù)中央精神并在國家相關(guān)政策、規(guī)劃、指導(dǎo)意見的基礎(chǔ)上，全國各省、自治區(qū)、直轄市基本都制定了與量子信息產(chǎn)業(yè)相關(guān)的科技創(chuàng)新規(guī)劃或產(chǎn)業(yè)政策，以支持量子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（1）發(fā)展?fàn)顩r

量子信息是量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的新興交叉領(lǐng)域，主要包括量子通信、量子計(jì)算和量子精密測量三大領(lǐng)域。量子信息技術(shù)以量子力學(xué)原理為基礎(chǔ)，通過對微觀量子系統(tǒng)中物理狀態(tài)的制備、調(diào)控和測量，實(shí)現(xiàn)信息感知、計(jì)算和傳輸，在提升計(jì)算困難問題運(yùn)算處理能力、加強(qiáng)信息安全保護(hù)能力、提高傳感測量精度等方面，具備超越經(jīng)典信息技術(shù)的潛力。

經(jīng)過四十余年發(fā)展，量子信息領(lǐng)域逐步從基礎(chǔ)研究走向基礎(chǔ)與應(yīng)用研究并重，開始進(jìn)入科技攻關(guān)、工程研發(fā)、應(yīng)用探索和產(chǎn)業(yè)培育一體化推進(jìn)的發(fā)展階段。加快技術(shù)研發(fā)攻關(guān)，推動創(chuàng)新成果應(yīng)用，構(gòu)建供應(yīng)鏈、人才隊(duì)伍和未來產(chǎn)業(yè)競爭力，成為全球主要國家在量子信息領(lǐng)域布局規(guī)劃的普遍共識。

根據(jù)中國信息通信研究院的統(tǒng)計(jì)，截至 2023 年 10 月，全球已有超過 29 個國家和地區(qū)制定和發(fā)布了量子信息領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃或法案，公開信息不完全統(tǒng)計(jì)投資總額超過 280 億美元。近年來，量子信息三大領(lǐng)域科研與應(yīng)用探索發(fā)展活躍，學(xué)術(shù)界重要科研進(jìn)展與產(chǎn)業(yè)界樣機(jī)產(chǎn)品研發(fā)成果亮點(diǎn)紛呈，產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育成為各方關(guān)注熱點(diǎn)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)布局和研究取得階段性成果。我國高度重視量子信息領(lǐng)域發(fā)展，在政策布局、基礎(chǔ)科研、工程研發(fā)、應(yīng)用探索和生態(tài)培育等方面，取得了諸多重要進(jìn)展。

未來，以量子計(jì)算、量子通信和量子測量為代表的量子信息技術(shù)有望在前沿科學(xué)、信息通信和數(shù)字經(jīng)濟(jì)等諸多領(lǐng)域引發(fā)顛覆性技術(shù)創(chuàng)新和改變游戲規(guī)則的變革性應(yīng)用，是量子科技的重要組成部分，也是培育未來產(chǎn)業(yè)、構(gòu)建新質(zhì)生產(chǎn)力、推動高質(zhì)量發(fā)展的重要方向之一。

（2）發(fā)展態(tài)勢

①量子信息戰(zhàn)略布局進(jìn)一步加強(qiáng)

量子信息技術(shù)將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向，量子信息技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用已成為大國間開展科技、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域綜合國力競爭，維護(hù)國家技術(shù)主權(quán)與發(fā)展主動權(quán)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一。近年來，世界主要地區(qū)和國家都高度重視在該領(lǐng)域的政策布局、資金投入、人才引育和國際合作等，政府、科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)資本緊密結(jié)合，將發(fā)展量子信息科技和推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展上升到國家戰(zhàn)略高度，已有20 多個國家和地區(qū)制定推出了量子信息領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃或法案文件。

美國已通過《國家量子計(jì)劃法案》《量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)安全防范法案》等，正在實(shí)施相關(guān)計(jì)劃；歐盟發(fā)布《戰(zhàn)略研究和產(chǎn)業(yè)議程》報告，涵蓋并統(tǒng)籌了“量子技術(shù)旗艦戰(zhàn)略研究議程”、“量子芯片戰(zhàn)略工業(yè)路線圖”、歐盟量子通信基礎(chǔ)設(shè)施工程、歐洲量子計(jì)算與模擬基礎(chǔ)設(shè)施工程和芯片法案等量子技術(shù)工業(yè)和研發(fā)計(jì)劃，明確在歐洲推進(jìn)部署量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)和發(fā)展量子計(jì)算機(jī)，全面推進(jìn)量子技術(shù)戰(zhàn)略；2023年度，德國政府通過“量子技術(shù)行動計(jì)劃”，英國政府公布了“國家量子戰(zhàn)略”，澳大利亞、俄羅斯、日本、韓國、印度等也發(fā)布和實(shí)施了相關(guān)計(jì)劃。

在我國，量子信息技術(shù)作為新質(zhì)生產(chǎn)力和發(fā)展未來產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，得到黨和國家的高度重視和前瞻布局，繼“墨子號”量子衛(wèi)星寫入黨的十九大報告后，黨的二十大報告再次指出量子信息等方面取得重大成果，將之作為我國進(jìn)入創(chuàng)新型國家的重要標(biāo)志之一，我國“十四五”規(guī)劃與 2035 遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中也多次提到了有關(guān)“量子科技”的內(nèi)容，多個部委和地方政府出臺了相關(guān)政策?？傮w而言，量子信息領(lǐng)域的國際科技競爭正日趨激烈。

②標(biāo)準(zhǔn)化體系逐步建設(shè)

標(biāo)準(zhǔn)化工作是新興技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化規(guī)模應(yīng)用中重要的環(huán)節(jié)。2023 年，工業(yè)和信息化部、科技部、國家能源局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會四部門發(fā)布《新產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)航工程實(shí)施方案（2023-2035 年）》，指出“要前瞻布局量子信息產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究，開展量子信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化路線圖研究，聚焦量子通信、量子計(jì)算、量子測量領(lǐng)域”。

近年來，首個量子通信領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)《量子保密通信應(yīng)用基本要求》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基于BB84 協(xié)議的量子密鑰分發(fā)（QKD）用關(guān)鍵器件和模塊第 1 部分：光源》《基于BB84 協(xié)議的量子密鑰分發(fā)（QKD）用關(guān)鍵器件和模塊第 2 部分：單光子探測器》《基于BB84 協(xié)議的量子密鑰分發(fā)（QKD）用關(guān)鍵器件和模塊 第 3部分：量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（QRNG）》《量子保密通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)》《量子密鑰分發(fā)（QKD）網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)要求 第 1 部分：網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）功能》《基于 IPSec 協(xié)議的量子保密通信應(yīng)用設(shè)備技術(shù)規(guī)范》《量子密鑰分發(fā)（QKD）網(wǎng)絡(luò)Ak 接口技術(shù)要求 第 1 部分：應(yīng)用程序接口（API）》《量子密鑰分發(fā)與經(jīng)典光通信共纖傳輸技術(shù)要求》等陸續(xù)發(fā)布，量子計(jì)算領(lǐng)域首個國家標(biāo)準(zhǔn)《量子計(jì)算術(shù)語和定義》發(fā)布，量子測量領(lǐng)域首批國家標(biāo)準(zhǔn)《量子測量術(shù)語》《單光子源性能表征及測量方法》等已發(fā)布，各領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作持續(xù)推進(jìn)。

在國際上，ITU、IEEE、ISO/IEC 等國際標(biāo)準(zhǔn)組織近年來紛紛啟動量子信息領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作，包括國盾量子在內(nèi)的中國主體在其中發(fā)揮著重要作用。例如，中國信息安全測評中心與國盾量子聯(lián)合牽頭制定的 ISO/IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)《量子密鑰分發(fā)的安全要求、測試和評估方法》發(fā)布，成為首個系統(tǒng)性地規(guī)范量子密鑰分發(fā)（QKD）安全檢測技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)；國盾量子牽頭或參與的《量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò) Ak 接口協(xié)議》《量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò) Kq-1 接口協(xié)議》等 5 項(xiàng) ITU-T 國際標(biāo)準(zhǔn)獲批準(zhǔn)通過，將為QKD 網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?；ㄔO(shè)、互聯(lián)互通及廣泛應(yīng)用提供有力支持。

③上下游產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善

量子通信產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)相對較為成熟，是目前實(shí)用化進(jìn)程最快的領(lǐng)域，從產(chǎn)業(yè)鏈來看，量子通信上下游已基本形成。得益于量子通信技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到市場的衍化，全球已超 30 個國家正在部署或已經(jīng)實(shí)施量子通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如中國、歐盟成員國、加拿大、英國、韓國、新加坡等，量子通信的基建工作與應(yīng)用場景得到不同程度的拓展。

近年來，量子通信上下游合作增強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范推進(jìn)，使得更多行業(yè)理解并應(yīng)用量子保密通信相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步投身到量子安全領(lǐng)域中。例如，上游的光芯片行業(yè)已經(jīng)開始加入到輕量化量子保密通信設(shè)備核心部件研制中，下游的安全應(yīng)用企業(yè)也開始出謀劃策，豐富落地場景。量子計(jì)算目前處于基礎(chǔ)攻關(guān)和實(shí)驗(yàn)階段，主要技術(shù)路線在國際上均有布局，不乏科技巨頭或量子初創(chuàng)企業(yè)在硬件系統(tǒng)和軟件算法研發(fā)等方面表現(xiàn)活躍。

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，硬件是量子計(jì)算的主要投資領(lǐng)域，即量子計(jì)算原型機(jī)的供應(yīng)鏈方向，包括研發(fā)過程中所需的儀器設(shè)備、相關(guān)組件、微納加工所需工藝設(shè)備、量子計(jì)算原型機(jī)組建等。云平臺和超量融合是目前國內(nèi)外量子計(jì)算應(yīng)用服務(wù)的主要提供模式，國內(nèi)外多個知名企事業(yè)單位都已推出量子計(jì)算云平臺的服務(wù)，助力量子計(jì)算的技術(shù)攻關(guān)與應(yīng)用探索。

量子精密測量涉及的產(chǎn)品和技術(shù)種類較多，但各技術(shù)方向的發(fā)展成熟度有較大差異，其中原子鐘、原子重力儀等發(fā)展相對成熟。從產(chǎn)業(yè)鏈上看，隨著量子測量技術(shù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，國內(nèi)外均有相關(guān)初創(chuàng)企業(yè)不斷涌現(xiàn)，量子精密測量產(chǎn)業(yè)的上游正在快速發(fā)展。量子精密測量技術(shù)下游應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋面廣，應(yīng)用場景豐富，涉及基礎(chǔ)科研、生物醫(yī)療、能源開發(fā)、工業(yè)制造、資源勘探、環(huán)境監(jiān)測等，以上游基礎(chǔ)材料器件系統(tǒng)、中游系統(tǒng)樣機(jī)產(chǎn)品和下游多領(lǐng)域行業(yè)應(yīng)用組成的產(chǎn)業(yè)鏈正逐步形成。

④應(yīng)用探索蓬勃發(fā)展

在量子通信方面，歐盟 27 個成員國 2021 年承諾，同意與歐盟委員會和歐洲航天局合作建設(shè) EuroQCI——?dú)W洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施，在此框架下，歐盟計(jì)劃借助量子加密技術(shù)為成員國的經(jīng)濟(jì)、安全和國防等提供安全通信，總投資約 60 億歐元。美國與量子有關(guān)的國家實(shí)驗(yàn)室從未停止過 QKD 技術(shù)的研究和驗(yàn)證 QKD網(wǎng)絡(luò)的可使用性。

我國量子保密通信網(wǎng)絡(luò)已成為國家信息安全基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，建設(shè)完成的國家量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò)覆蓋京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈等國家重要戰(zhàn)略區(qū)域，截至 2023 年末地面干線總里程超過 10,000公里，并在大數(shù)據(jù)服務(wù)、政務(wù)信息保護(hù)、金融業(yè)務(wù)加密、電力安全保障、移動通信等領(lǐng)域形成一系列示范應(yīng)用和試商用項(xiàng)目，中國電信、國家電網(wǎng)等央國企在量子安全融合應(yīng)用方面都推出了一系列的舉措。在量子計(jì)算方面，由于量子計(jì)算機(jī)在原理上具有超快的并行計(jì)算能力，有望通過特定算法在一些具有重大社會和經(jīng)濟(jì)價值的問題方面實(shí)現(xiàn)無可比擬的計(jì)算優(yōu)勢。

目前，量子計(jì)算距離通用化使用還具有較大距離，但是已經(jīng)有越來越多的科技企業(yè)和機(jī)構(gòu)在小規(guī)模實(shí)際問題的量子算法上得到實(shí)驗(yàn)，由于當(dāng)前量子計(jì)算原型機(jī)高昂的投資、較高的維護(hù)難度、極其嚴(yán)苛的運(yùn)行環(huán)境，決定了當(dāng)前量子計(jì)算的應(yīng)用主要還是通過云平臺等方式實(shí)現(xiàn)。

谷歌、微軟、亞馬遜和 IBM、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院以及國盾量子都已推出量子計(jì)算云平臺服務(wù)，空客、大眾汽車、葛蘭素史克、高盛、摩根大通、?？松梨凇⑻帐匣瘜W(xué)等知名企業(yè)也都在各自領(lǐng)域內(nèi)開展了量子計(jì)算應(yīng)用探索，發(fā)掘行業(yè)應(yīng)用場景與特定算法等。在量子精密測量方面，量子測量具有技術(shù)方向多元、應(yīng)用場景豐富、產(chǎn)業(yè)化前景明確的特點(diǎn)，正在走向規(guī)?；逃?，既有原子鐘、原子重力儀等成熟產(chǎn)品，也有量子磁力計(jì)、光量子雷達(dá)和量子陀螺等處于工程化研發(fā)和應(yīng)用探索階段的樣機(jī)產(chǎn)品。

下游應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋面廣，涉及基礎(chǔ)科研、生物醫(yī)療、能源開發(fā)、工業(yè)制造、資源勘探、環(huán)境監(jiān)測等諸多領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣泛。當(dāng)前量子精密測量技術(shù)已經(jīng)成為傳統(tǒng)傳感測量領(lǐng)域的有效補(bǔ)充和增強(qiáng)技術(shù)方案。

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