以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术已成为未来国家科技发展的重要领域之一，这三大技术的应用领域广泛。“十三五”以来，国家高度重视和支持量子信息领域的发展，三大领域的发展态势总体向好。

其中，量子通信的科研基本与国际同步，但量子计算的前沿研究等与欧美存在较大差距、量子测量的商业化和产业化仍有一定差距。“十四五”时期我国量子信息产业将如何发展，本文将从发展重点、发展目标两大方面进行分析。

1、“十三五”发展回顾

——三大技术领域的发展态势总体向好

以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术已成为未来国家科技发展的重要领域之一，这三大技术的应用领域广泛，具体如下：

“十三五”以来，国家高度重视和支持量子信息领域的发展，三大领域的发展态势总体向好。其中，量子通信的科研基本与国际同步，但量子计算的前沿研究等与欧美存在较大差距、量子测量的商业化和产业化仍有一定差距。

——科技巨头加速布局、初创企业成为新兴力量

近年来，全球科技巨头纷纷布局量子计算领域同时，在各国政府、投资机构的推动下，量子计算领域的初创企业大量涌现：

2、“十四五”发展重点解读

——围绕三项科技攻关任务

根据《“十四五”规划纲要和2035年远景目标纲要》，“十四五”期间，我国量子信息领域的科技攻关任务围绕量子通信技术研发、量子测量技术突破和量子计算的产品研制

针对以上三项攻关任务，全国政协委员、中国科学技术大学常务副校长潘建伟院士在2021年全国“两会”期间提出了相关建议：

——三大领域的企业布局情况

此外，研究机构和企业的布局也表明了“十四五”量子信息产业的发展方向。根据中国信通院公布的《量子信息技术发展与应用研究报告(2020年)》，在量子测量领域，以五大技术路线为发展主线，这五大技术包括基于冷原子相干叠加，基于核磁共振或顺磁共振等。

在量子计算领域，我国科技巨头阿里巴巴、腾讯、百度和华为通过与科研机构合作等方式成立量子实验室，布局量子处理器硬件、量子计算云平台等领域而初创公司-本源量子，则在量子处理器硬件、开源软件平台和量子计算云服务等方面进行探索：

在量子通信领域，国内企业纷纷布局，其中三大运营商一方面助力量子通信的应用落地，另一方面也不断创新应用技术、提升通信等行业的安全标准。

3、“十四五”发展目标解读

目前，国家层面的量子信息产业发展规划暂未出台，参考中国信通院对量子信息领域的发展定位及应用前景，“十四五”期间，我国量子信息产业的发展目标各有不同、各有侧重。

其中，量子计算侧重于突破经典计算极限的算力飞跃、量子通信技术侧重于服务经典通信加密、量子测量注重实现物理量测量和信息获取的精度、分辨率、稳定度等。

在省市层面，根据山东济南市发布的《济南市量子信息产业发展规划(2019-2022年)》，至2022年，济南市将力争实现量子信息产业规模20亿元至2030年，实现量子信息产业规模300亿元。

—— 更多行业相关数据请参考前瞻产业研究院《中国量子通信行业市场前瞻与投资策略分析报告》

赛迪智库：量子通信技术正进入快速产业化通道

花生酱和巧克力。米饭和酱油。牛奶和饼干。当两件好事结合在一起时，他们可以创造出更好的东西。量子信息就是这种情况，量子物理学和计算理论的结合。国家标准与技术研究所（NIST）为其历史的大部分时间做出了贡献，并正在帮助塑造其未来。

NIST 物理学家卡尔·威廉姆斯说：“我们从一开始就在那里，自 21 世纪初以来，他一直指导该机构在该领域的大部分工作。我们现在可以看到量子信息从一个纯粹的科学领域转移到一个技术领域。

在不远的将来，传统计算机的量子版本可以进行复杂的模拟，从而产生新的药物和高科技材料。从长远来看，一台功能更强的量子计算机，如果可以建造，可以迅速打破目前保护在线银行和购物的数字安全性。但不要害怕：量子后加密也可以保护数据免受对手发起的量子网络攻击。量子随机数生成器可以实时生成自然最不可预测的数字，用于加密和其他用途。

许多其他量子信息应用可能会在未来十年出现在市场上。它们包括可以揭示地下石油和矿藏的先进量子传感器。量子信息技术可能导致新的便携式导航设备，即使 GPS 网络被干扰或摧毁，士兵也可以使用这些设备找到自己的路。

NIST 因其广泛的科学专业知识和培养许多领域专业人员之间互动的文化，一直是这场量子信息革命的核心。

值得注意的是，NIST 和公立大学之间的伙伴关系创建了专门的研究机构，将好奇心驱动的研究的巨大潜力与联邦政府的资源相结合。

JQI 联合主任格雷琴·坎贝尔说：“这真的是为了科学家能够研究来自不同方面的量子现象，并学会分享想法和说彼此的语言，以更快地推动该领域的前进。”量子革命现在正在蔓延到大学和联邦实验室之外。公司正在投资数亿美元进行建造量子计算机的竞赛，这有望扰乱行业并大幅改善技术。

华为再突破壁垒：正式公布量子芯片技术

量子信息技术是用量子态来编码、传输、处理和存储信息的一类前沿理论技术总称。量子特有的多维性、不可分割性和不可复制性，使其突破了现有信息技术的物理极限和运算速度极限，在安全通信、加密/解密、新计算等方面具备巨大的发展潜力和应用前景。 量子信息技术主要分为量子通信、量子计算、量子测量三大领域，其中量子通信技术正进入快速产业化通道。

量子通信技术的国内外研究现状

量子通信理论最早起源美国IBM公司科学家Bennett等人提出的量子密钥分发协议（BB84协议）。 量子通信包括量子密钥分发、量子态隐形传输、量子密集编码、量子秘密共享和量子安全直接通信等理论。 其中基于量子密钥分发和量子态隐形传输的量子通信技术在实用化、商用化方面进展迅速，而基于量子密集编码、量子秘密共享和量子安全直接通信的量子通信技术则处于基础理论研究阶段。

量子通信技术是全球高度重视的战略性高新技术领域，各国研发投入巨大。 随着量子通信理论与技术的日益成熟，全球大规模量子保密通信网络开始迅速增长，美国、欧盟、英国、加拿大、日本、韩国等国纷纷启动各自的国家量子骨干网络建设计划，多个地区和国家相继建成了欧盟的SECOQC网、东京量子通信网等多个量子通信实验网络。我国也陆续出台了相关政策措施推动量子信息技术的发展，在量子通信领域的研发实力位于全球领先地位。

目前，我国在量子通信领域的典型成果有“墨子号”卫星和“京沪干线”。 2016年8月，全球首个量子科学实验卫星—墨子号发射成功，2017年8月“墨子号”提前完成预先设定的千公里级量子纠缠分发、星地高速量子密钥分发、地星量子隐形传态三大科学目标。2017年9月，全长2000多公里的京沪干线正式开通，是世界第一条实现了基于可信中继方案的远距离量子安全密钥分发的量子通信保密干线。

量子通信技术的应用前景

利用量子态和量子纠缠效应进行通信的量子通信具有绝对安全的确保通信不被监控和窃听的特点，在信息安全领域有着重大的应用前景。 量子通信技术不仅可用于军事领域的保密通信，还适用于任何涉密信息传输的政务、电信、金融、电力、税务等领域。

经过30多年的发展，量子通信已经从实验室阶段进入产业化阶段。 目前，量子通信技术已在国内多个行业领域开展应用。 金融领域，中国工商银行实现了网上银行京沪异地数据的量子加密传输；电力领域，国家电网实现了电力领域重要业务数据信息在京沪两地灾备中心之间的量子加密传输；政法领域，济南党政机关量子通信专网已经开始运营，服务于济南市的党、政、公安、司法机关。 随着量子通信技术的产业化和远距离广域量子通信网络的实现，量子通信作为信息安全的关键技术将走向大规模应用。

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文 / 工信部赛迪智库电子信息研究所 赵燕

编辑 / 高超

潘建伟《自然》发文：量子通信技术大规模应用已成熟

华为再突破壁垒：正式公布量子芯片技术

华为再突破壁垒：正式公布量子芯片技术，据了解，该专利涉及到量子计算机领域，以解决量子芯片制作难度大、良率低等问题。华为再突破壁垒：正式公布量子芯片技术。

华为再突破壁垒：正式公布量子芯片技术1

近日中国最强大的科技企业华为公司公布了“一种量子芯片和量子计算机”专利，这已不是它第一次公布量子芯片专利，去年它就曾被授权公开一种量子密钥分发系统、方法及设备相关专利，显示出它在量子芯片技术方面再次获得突破。

中国在量子芯片技术方面不断下注，在于这种全新的芯片技术将可以摆脱当下硅基芯片对光刻机技术的依赖，由于光刻机的产业链掌握在欧美日手里，在当前的情况下，中国难以获得先进的EUV光刻机，因此中国一直都在努力开拓新的芯片路线。

量子芯片恰恰是中国科技界持续投入的路线，早在2020年6月中科大和浙江大学的科研团队就已在量子芯片技术理论方面取得突破，并发表在《物理评论快报》和《science》上，此后中国在量子芯片技术方面开始不断加码。

2020年中国研发出“九章一号”，2021年又推出了“九章二号”，这两台量子计算机走的是光量子技术路线；中国科技大学和中科院上海微系统等机构合作研发了“祖冲之二号”，走的则是超导量子路线，由此中国在量子计算技术方面走在世界前列。

不过这些量子计算机都是属于原型机，体积较为庞大，量子计算机真正变得实用化，还得精细化，如此研发量子芯片就成为中国进一步推进量子计算商用的重点，华为作为中国芯片行业的领军者，义无反顾承担起重任。

华为其实研发量子芯片已有多年，业界估计它最早在2017年就已开始研发量子芯片，因此它才能在2021年获得量子芯片技术专利，如今它陆续公布量子芯片专利，代表着它在量子芯片技术研发方面加速推进。

华为旗下的海思芯片代表着国内技术最领先的芯片技术，它研发的麒麟芯片与手机芯片老大高通比肩，推动华为手机在全球高端手机市场与苹果和三星形成三足鼎立之势；2019年它研发的鲲鹏920芯片又打破了ARM架构服务器芯片的瓶颈，经过数年发展，如今鲲鹏920芯片在国内服务器芯片市场已取得一席之地。

在华为公司自2020年Q4以来因众所周知的原因导致没有芯片代工企业可以为华为生产芯片之后，华为的业绩遭受重挫，2021年的营收下滑了2000多亿，不过它并未气馁，继续加大技术研发投入，华为海思继续加强芯片技术研发。

正是由于华为的坚持，华为海思在量子芯片方面才持续取得技术突破，或许它会成为推动量子芯片商用化的开创者，毕竟它的芯片技术研发实力足够强大。

华为持续研发量子芯片的另一推动力，无疑是打破当下芯片制造的问题，由于种种原因，华为的芯片代工问题仍然面临诸多阻碍，而一旦量子芯片实现商用，那么将革新当下硅基芯片的技术，光刻机将不再成为阻碍，到了那时候华为将成为全球芯片行业的领军者。

中国的芯片行业如今已呈现高度繁荣，在诸多芯片技术方面都有布局，相信在中国芯片行业群策群力之下，中国芯片终究会走出自己独具特色的道路，彻底海外芯片产业链的限制，迎来自己的春天。

华为再突破壁垒：正式公布量子芯片技术2

从企查查网站获悉，今日，华为技术有限公司公开了一项重要发明专利“一种量子芯片和计算机”，公开号CN114613758A，与2020年11月申请。

据了解，该专利涉及量子计算机领域，以解决量子芯片制作难度大、良率低等问题。

专利摘要显示，在本申请提供的量子芯片中，以M个子芯片的方式组成量子芯片，从而会有效降低制作难度并提升制作良率；并且，当某一个子芯片出现质量缺陷时，也不会导致因质量缺陷所造成的成本大、资源浪费等问题。

百度百科资料显示，量子芯片就是将量子线路集成在基片上，进而承载量子信息处理的功能，主要应用超导系统、半导体量子点系统、微纳光子学系统等。

值得一提的`是，今年4月，华为公开了一种芯片堆叠封装及终端设备专利，申请公布号为CN114287057A，可解决因采用硅通孔技术而导致的成本高的问题。

据介绍，该专利涉及半导体技术领域，其能够在保证供电需求的同时，解决因采用硅通孔技术而导致的成本高的问题。

华为再突破壁垒：正式公布量子芯片技术3

6 月 10 日，华为技术有限公司公开发明专利“一种量子芯片和量子计算机”，公开号为 CN114613758A。

专利摘要显示，本申请提供了一种量子芯片和量子计算机，涉及量子计算技术领域，以解决量子芯片制作难度大、良率低等问题。

本申请提供量子芯片包括：

基板、M 个子芯片、耦合结构和腔模抑制结构；

每个子芯片中包括 N 个量子比特，M 个子芯片间隔的设置在基板的板面；

耦合结构用于实现 M 个子芯片之间的互连；

腔模抑制结构设置在每个子芯片的边缘和 / 或 M 个子芯片之间的间隙内，用于提升量子芯片的腔模频率。

其中，M 为大于 1 的正整数，N 为大于或等于 1 的正整数。

在本申请提供的量子芯片中，以 M 个子芯片的方式组成量子芯片，从而会有效降低制作难度并提升制作良率；并且，当某一个子芯片出现质量缺陷时，也不会导致因质量缺陷所造成的成本大、资源浪费等问题。

华为此前在量子技术上已经有所探索。2021 年 1 月 12 日，华为技术有限公司被授权公开 “一种量子密钥分发系统、方法及设备”相关专利，公开号为 CN108737083B。

2021 年 6 月，工信部公布了国内首个量子随机数相关行业标准《基于 BB84 协议的量子密钥分发（QKD）用关键器件和模块 第 3 部分：量子随机数发生器（QRNG）》，该标准由国盾量子牵头，中国信通院、国科量子、华为、济南量子技术研究院等参与编制。

北京时间1月7日凌晨，中国科学技术大学潘建伟团队在《自然》杂志上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”的论文，验证了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。

中国科学技术大学教授潘建伟表示：“我们的工作表明，量子通信技术对于大规模的实际应用已经足够成熟。类似地，如果把来自不同国家的国家量子网络合并在一起，并且如果大学，机构和公司聚集在一起以标准化相关协议、硬件等，则可以建立全球量子通信网络。”

全球首个天地一体化量子通信网络

研究团队在量子保密通信京沪干线与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上，构建了世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个星地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络，实现了地面跨度4600公里的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发，并进行了长达两年多的稳定性和安全性测试、标准化研究以及政务金融电力等不同领域的应用示范。

这项研究成果由潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作。

“论文是对上述成果的一个系统性总结，证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。我国科研人员通过构建天地一体化广域量子保密通信网络的雏形，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。”中国科学技术大学在官方网站上称。

尽管研究论文是一项总结性的工作，但是意义重大。自“墨子号”量子卫星于2016年8月发射以来，研究团队在优化地面站接收光学系统、提高QKD发射系统时钟频率并应用更高效QKD协议的基础上，实现了卫星对地面站的高速量子密钥分发，生成速率比之前的工作高出约40倍；研究团队还成功地将卫星与地面的安全成码距离从1200公里拓展到2000公里，相应的地面站俯仰角跨度可达170 ，几乎可覆盖整个天空。

与传统的加密不同，量子通信被认为是不可破解的，因此银行，电网和其他部门的安全信息传输的未来。量子通信的核心是量子密钥分发（QKD），它使用粒子的量子状态（例如光子）形成一串加密字符串或者密钥，在发送方和接收方之间进行的任何窃听都会更改此字符串或密钥，并立即引起注意。

目前普遍的QKD技术使用光纤进行数百公里的传输，具有很高的稳定性，但对通信信道损耗很大；而利用卫星和地面站之间的自由空间进行千公里级别的传输，将地面光纤和自由空间结合，可以实现大规模、全覆盖的全球化量子通信网络。

根据中国科学技术大学介绍，按通信信道的不同，量子密钥分发主要有光纤和自由空间两种实现方式。光纤QKD技术的信道稳定性较好，可以实现基本恒定的安全码率，在城域城际范围内可以方便的连接到千家万户；在超远距离、移动目标、岛屿和驻外机构等光纤资源受限的场景，可以通过卫星中转的自由空间信道连接。

量子通信网络已接入多个行业领域

2017年9月底正式开通的量子保密通信京沪干线，总长超过2000公里，覆盖四省三市共32个节点，是目前世界上最远距离的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线。研究团队攻关了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控监控等系列工程化实现的关键技术。建成后，开展了长达两年多的相关技术验证和应用示范以及大量的稳定性测试、安全性测试及相关标准化研究，同时京沪干线网络的密钥分发量可以支持1.2万以上用户同时使用。

目前该天地一体化量子通信网络已经接入包括金融、电力、政务等150多家行业用户。2019年初，国家电网有限公司基于该网络，建立了跨越2600公里的量子密钥分发信道，实现了电力通信数据加密传输，首次从工程上检验了星地量子通信开展实际业务的可行性。

“本工作发展的相关技术也为量子通信系统小型化、低成本、国产化奠定了基础。”中国科学技术大学方面表示，“最近团队成功研制了重量约百公斤的小型地面站，实现了与墨子号的星地量子密钥分发实验，和国际多个地面站的进行了星地量子密钥分发实验，未来有望进一步做到可单人搬运；同时，在保证密钥分发速率的前提下已经成功研制几十公斤的小型化空间量子密钥分发载荷，这些成果也为形成卫星量子通信国际技术标准奠定了基础。”

根据《自然》论文，未来该团队将与来自奥地利、意大利、俄罗斯和加拿大的国际合作伙伴进一步扩大在中国的网络。他们还将致力于开发小型、经济高效的QKD卫星和地面接收器，以及中高地球轨道卫星，以实现空前的万公里级QKD传输。

另据中国科学技术大学介绍，在天地一体化量子通信网络大量测试结果及标准化研究的基础上，全球三大标准化组织之一ISO/IEC正在基于京沪干线的实践编制国际标准《QKD安全要求、测试与评估方法》，另一国际组织ITU也正基于京沪干线的建设模式起草可信中继安全要求、QKD网络功能架构等国际标准。

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