10月23日，由中關村發展集團主辦，中關村產業研究院承辦的“新產業50人論壇”上，啟科量子聯合創始人/CTO陳柳平發表了《量子通信與量子計算的商業化、產業化實踐》主題演講。

量子前哨作為特邀媒體參加了此次論壇。

啟科量子聯合創始人/CTO陳柳平

論壇現場，陳柳平從全球量子信息技術（尤其是量子通信和量子計算技術）的發展背景、產品技術、市場和商業化三大方面進行全面闡述。陳柳平認為，量子計算的產業發展機遇是將引領下一個50年的新一代信息技術。

發展背景

量子信息技術的第二次量子革命包括量子通信、量子計算和量子測量。其中，量子通信是基于量子力學原理提供無條件安全的通信保證，量子計算是具有巨大信息攜帶量和超強并行計算能力，量子測量是測量超越經典極限的精度、靈敏度和穩定性。陳柳平說道，量子信息技術的原理性優勢可以突破經典技術瓶頸，在科技發展、經濟及國防建設、新興產業培育等領域，將產生基礎共性乃至顛覆性重大影響，并成為全球信息技術演進和產業升級的焦點。

演講現場

論壇現場，陳柳平還將中、美在量子計算的國家戰略布局進行了對比。在中國，量子科技發展具有重大意義和戰略價值，是對傳統技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性技術創新，將引領新一輪科技革命和產業變革方向。

在美國，量子計算領域的戰略布局明顯更早。從1942年的曼哈頓計劃，到1961年的阿波羅計劃，再到2018年，美國簽署了《國家量子促進法案》（NQI）美國歷史上在聯邦層級對新領域布局的第三次重要立法，2019年，美國發布了《未來工業發展規劃》科技和產業發展的四大“基礎設施”量子信息技術/人工智能/先進制造業/5G，2020年，美國還公布了十年內建成與現有互聯網并行的量子互聯網。

那量子計算可以解決我們現在/將會面臨的哪些痛點問題呢？

陳柳平提出了兩點：信息安全瓶頸和計算能力瓶頸。

信息安全瓶頸：

1、在全球高度信息化、網絡化、數字化的背景下，網絡信息安全事件每年給全球帶來高達近萬億美元的經濟損失；

2、涉及國家安全、軍事、外交、政務、經濟、金融、商業、基礎設施等眾多領域；

3、經典加密算法隨著計算能力的提高，原則上都會被破解。

計算能力瓶頸：

1、半導體制程工藝逐漸接近1—2nm，電子的運動不再遵守經典物理學規律，摩爾定律面臨極限，經典計算規模和速度無法再提升；

2、全球數據量呈指數級增長，每兩年翻一番，隨著大數據與人工智能時代的到來，現有算力已遠不能滿足發展的需要；

3、超算中心及數據中心能耗巨大，模式難以為繼。

演講現場

以量子通信為例，它是一種產業化條件已經成熟的量子技術。陳柳平提出，量子通信的安全性源于量子力學的基本原理，可實現傳遞經典信息過程中密鑰的絕對安全。

量子密鑰分發（QKD）是利用光子的量子狀態加載并傳輸信息，由于作為信息載體的單光子不可分割、量子狀態不可克隆，從而可以實現抵御任何竊聽的密鑰分發。利用量子密鑰分發進行安全通信的網絡各節點間產生的量子密鑰可以對傳統的語音、圖像以及數字多媒體等通信數據進行加密和解密，能保證用其加密的內容不可破譯，不可復制、并具有實時察覺監聽等特性，從而實現無條件安全的通信。

從量子通信技術發展歷程上看，1984年，發布了第一個量子密鑰分發協議BB84協議；1999年，發布了連續變量QKD方案（CVQKD）；2003年，發布了量子直接通信方案（QSDC）；2005年，發布了誘騙態量子密鑰分發理論；2010年，發布了光纖誘騙態量子密鑰分發達到200公里。根據公開資料和國金證券研究所，陳柳平講解梳理了國內外量子通信應用大事件。

陳柳平說道，量子密鑰分發網絡（QKD）可以克服經典通信被竊聽的風險，從而大大提高通信安全系數，量子通信可視作光纖兩端加上能代替常用光模塊功能、光量子態的發送和接收設備，實現基于物理加密的保密通信。

此外，陳柳平認為，量子計算也是信息時代的“核武器”。以量子比特為基本單元，利用量子態疊加和糾纏等性質，具備巨量信息攜帶和超強并行計算能力，可以在特定問題上實現計算規模和速度指數級提升。舉例來看，312萬個計算芯片，峰值計算速度每秒5.49億億次，即5.49*10^16次。中科院院長白春禮曾說過，使用“天河二號”（由國防科學技術大學研制的超級計算機系統）求解一個億億億變量方程組，所需時間為100年，而使用一臺萬億次量子計算機求解同一個方程組，僅需0.01秒。

隨后，陳柳平講解了量子計算機的發展歷程，共分為1981年至1998年的理論研究階段和2007年至今的商業化階段。

理論研究階段：

1981年，費曼提出量子計算機的概念；1985年，David Deutsch描述了通用量子計算機；1992年，Deutsch-Jozsa提出了D-J量子算法；1994年，Peter Shor提出算法破解RSA加密；1996年，Lov Grover量子搜索算法；1998年，MIT與拉斯阿莫斯國家實驗室運用液態核磁共振實現量子計算；1998年，Bernhard Omer提出量子計算編程語言。

商業化階段：

2007年，D-wave公司實現歷史上第一臺商用量子計算機；2019年10月，谷歌發布了53位量子芯片，實現“量子優越性”。

陳柳平認為，全球主流通用量子計算發展方向有兩種：離子阱VS超導，主要原因是離子阱和超導可滿足量子計算的五項基本準則：

1、具有表征量子比特的可擴展系統；

2、能很好的將量子態初始化至初態；

3、退相干時間比門操作時間長；

4、擁有一套通用的量子門操作；

5、具有特定量子比特的測量能力。

基于這些，全球都在搶占量子計算技術高地，美國能源部頒布過《量子信息科學與技術路線圖》，美國國防部頒布了《量子信息科學與技術現狀》，歐洲發布了《量子技術旗艦計劃》。

從全球領先的量子計算機綜合性能發展現狀上看，截至2021年4月公開數據表示，從事離子阱技術路線的IonQ和Honeywell分別以400萬和512萬的量子體積占據第一、第二，從事超導技術路線的IBM和Google則分別以64和32的量子體積占據第三、第四。其中，量子體積（Quantum Volume）是IBM創建的一個度量標準，用于衡量通用量子計算機的計算能力。更大的QV表示可以以更高的精度操作更多的量子位。

技術與產品

量子通信產品系列主要包含量子通信網絡核心設備、量子通信網絡運維產品、量子安全應用產品、核心組件。

量子通信網絡核心設備：量子密鑰分發設備、光量子交換機、波分復用終端、QKD光芯片；

量子通信網絡運維產品：量子網絡管理服務器、量子密鑰控制服務器、量子安全云、抗量子算法；

量子安全應用產品：量子VPN、量子隨機數發生器、密鑰管理機、量子充注機；

核心組件：高速窄脈沖激光器、高速單光子探測器、單光子探測器、單光子探測模組。

我國量子通信技術上引領世界，具體應用場景上包括京滬干線、墨子號量子衛星、星地QKD網絡等。在量子通信技術發展方向上，涉及到增加傳輸距離，如測量設備無關（MDI）、雙場（TF）系統；解決安全漏洞，如衛星中繼系統；提高密鑰成碼率；實現大規模組網，如量子密鑰分發（SD-QKDN）組網體系；結合抗量子密碼算法，如QKD何PQC融合，可以解決QKD預置密鑰問題，提高網絡系統安全性，PQC的長期安全性。

量子通信產業發展趨勢正趨向于芯片化、國產化、小型化、標準化。

芯片化：由光學模組到集成光電芯片；

小型化：3U——1U——板卡；

國產化：基礎元器件（激光器、單光子探測器、電子芯片）——量子通信設備、傳統通信設備（QKD設備、光交換機、VPN）——系統集成商與運營商（電信運營、智慧城市）——客戶應用軟件（量子安全傳輸、量子保密視頻）——行業個人用戶（政務、國防、金融、交通、電力）；

標準化：國際組織如中國通信標準化協會（CCSA），ITU等制定量子通信標準——2009年，量子通信相關設備作為城域網、骨干網基礎設施（政務網、金融行業、智慧城市）；2017年，重視客戶應用需求，通過量子密鑰云平臺（智能手機、移動終端、智能電車）。

陳柳平還講解了IonQ離子阱量子計算機處理器（器件層）的尺寸及量子計算機系統（設備層）的小型化、及未來八年的路線圖。并將IBM的超導量子計算機的稀釋制冷機與Google的超導量子計算機內核進行對比分析，全面講解了美國IBM在2020年底所公布的產品路線圖。

在全球量子信息生態體系中，根據波士頓顧問公司發布報告可知，以顧問服務商、應用服務商、中間件提供商、硬件提供商、硬件技術配套商、中間件及應用商為布局的生態體系已經形成。

市場與商業化

當前，我國量子通信網絡建設規劃有以下兩個方面：

1、十四五期間，量子通信城際網將全面貫穿各省、直轄市、自治區以及特別行政區。

2、我國各省、自治區內的主要城市將同步建設量子通信城域網，各地區的國防、金融、電力、能源、政務等重要領域用戶接入量子通信網絡，實現我國各領域的全面信息安全。應用場景包括物聯網、政務、電力安全、數據采集及共享、云應用、醫療衛生、金融安全、數據中心、國防軍事、司法等領域，量子通信的規模點涉及城市級安全云、城市級隨機數標配、城市級組網、城市隨機數產業園、智能手機單款100萬級、數據庫服務器標配、游戲單款爆款。

陳柳平表示，在量子通信產業發展上，國內已經初步形成較完善的產業鏈，技術上達到國際領先水平。同時還布局在五大核心領域：技術應用、系統平臺、傳輸與組網、核心設備、核心器件。據2020年前瞻產業研究院預測，2021至2025年，中國量子通信產業規模將從445億元達到835億元。根據中國工業和信息化部、信息通信研究院公布數據顯示，全球主要量子通信產業主要聚集在中國。代表公司有問天量子、國盾量子、國科量子、九州量子、國騰量子、啟科量子、中創為量子、循態量子。

那量子計算機的行業應用與規模點表現在哪些方面？

行業&應用上，包括量子云量子互聯網、密碼分析核爆模擬、人工智能算法/大數據、金融風控保險理賠、藥物設計基因分析、氣象預報災害預測應急保障、石油勘探等方面；規模點有互聯網云計算公司政務大數據、國防軍工量子互聯網、城市級IDC算力移植、城市級組網應急/治理/海綿、保險單據大垂直用戶。

2020年12月波士頓咨詢發布報告顯示，NISQ時代未來3至5年市場規模將達2至50億美元，廣泛的量子優勢在5至10+年市場規模將達25至500億美元，全面容錯在10至20+年市場規模將達450至8500億美元，可覆蓋領域涉及最佳路徑、復雜金融建模、化學建模、行為推理、生產優化、荷載優化、人工智能、模擬藥物開發、復雜物流、高效電池、密碼學、天氣預測、物理模擬、農業生產、計算機視覺、能源生產、材料發現、高效化學合成、分子動力學、蛋白質合成、網絡優化等方面。

根據中國工業和信息化部、信息通信研究院公布數據顯示，全球主要量子計算產業主要分為大型企業和初創公司兩類，主要分布在美國（大企業6家、初創公司20家）、歐洲（大企業1家、初創公司12家）、英國（初創公司9家）、中國（大企業4家、初創公司5家）、加拿大（初創公司9家）、日本（大企業3家、初創公司5家）、新加坡（初創公司2家）、澳大利亞（初創公司2家）、白俄羅斯1家、以色列1家、新西蘭1家。

其中，中國從事量子計算領域研究的大企業有阿里巴巴、華為、百度、騰訊，初創公司有本源量子、啟科量子、圖靈量子、量旋量子、玻色量子。而全球近年來初創上市的主要量子信息公司有：專注于量子通信領域的國盾量子2020年7月在科創板上市，專注于量子通信領域的 Arqit 2021年9月在美國NASDAQ上市，專注于量子計算方向的IonQ 2021年10月在美國NYSE上市，專注于量子計算方向的Rigetti 2021年底在美國NYSE上市，還有更多的量子公司正在籌劃......

文：慕一

編輯：王珩

總結

以上是生活随笔為你收集整理的“新产业50人论坛”之陈柳平：量子通信与量子计算的商业实践的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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