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量子信息技术发展态势概述

供稿人:孙帆  供稿时间:2018-2-22   关键字:量子计算  量子通信  量子传感  

量子信息技术的研究与应用,在未来国家科技竞争、产业创新升级、国防和经济建设等领域具有重要战略意义。量子信息技术对微观物理系统量子态进行人工调控,以全新的方式获取、传输和处理信息,主要包括量子计算、量子通信和量子传感三大领域。

量子计算

量子计算以量子比特为基本单元,通过量子态受控演化实现信息编码和计算存储,具有传统计算无法比拟的巨大信息携带量和超强并行计算处理能力。

近年来,欧美等发达国家政府和科技产业巨头大力支持量子计算技术研究,取得一系列重要成果并建立领先优势,我国也开始重视并加强量子计算领域的科研投入。量子计算技术发展整体处于基础理论验证和原理样机研发阶段,距离真正实用化的通用量子计算机仍有一定距离。

据预测,有误码检测保护或拓扑性保护的逻辑量子比特位操作和量子计算机新算法可于近5年出现;与小量子处理器的执行技术相关的量子计算算法,用大于100物理量子比特的,有特定用途量子计算机解决化学和材料科学难题预计要5到10年;实现集成量子电路和低温经典控制硬件,通用量子计算机超过传统计算机的计算能力需要10年以上。

量子通信

量子通信利用微观粒子系统的量子态或纠缠效应等进行信息或密钥传输,由量子力学原理保证信息传输的绝对安全性,主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两类。

近年来,量子通信得到各国高度重视,成为未来制高点。多家大型跨国企业均投入大量资本,推动量子通信技术的研发。中国量子通信技术走在世界前列,已经从实验室演示走向产业化和实用化。其中最有代表性的就是量子通信卫星“墨子号”和量子通信加密光纤链路“京沪干线”。

量子隐形传态技术尚不成熟,是量子信息领域理论研究和实验探索的前沿热点。基于量子密钥分发的保密通信近年来在技术研究和试点应用等方面发展迅速,但应用推广和产业发展仍然存在瓶颈和局限。量子存储和量子中继技术目前仍处研究探索阶段。据预测,预计5年内可突破量子中继器核心技术,实现点对点安全量子通信;5到10年实现远距离量子网络和量子信用卡;实现有加密和窃听检测功能的量子中继器,融合量子通信与经典通信保卫互联网安全需要10年以上时间。

量子传感

量子传感基于微观粒子量子态精密测量,完成被测系统物理量的执行变换和信息输出,在测试精度、灵敏度和稳定性等方面与传统传感技术相比具有明显优势。

基于量子传感技术可以实现对光、磁场、重力和角速度等诸多物理量的高精度传感测量,在科学研究和国防与经济建设等众多领域都具有广泛的应用前景。欧美发达国家在量子传感领域处于领先,我国在该领域的研究近年来努力追赶并逐渐缩小差距。

以量子陀螺仪、量子雷达、量子重力仪和量子磁强计等为代表的新型量子传感器,在国防建设和军事应用领域极具战略价值,受到世界各国政府和研究机构的重视,在解决工程化和实用化等问题后,有望在关系国家安全和国计民生的重点领域率先应用。据预测,健康监测、地质调查、安防设备中的重力和磁传感器等小应用程序中的量子传感器,针对高频金融交易中进行时间戳操作的更加精准的原子钟有望在5年内看到;针对汽车、建筑工程等更大量应用的量子传感器和量子导航手持设备在5到10年内可能会面世;基于引力传感器的重力成像设备,将量子传感器集成到移动客户端应用中的技术估计要10年以上达成。

参考文献

[1] 郭光灿, 张昊, 王琴. 量子信息技术发展概况[J]. 南京邮电大学学报(自然科学版), 2017, 37(3): 1-14.

[2]《量子宣言》全文,欧盟将启动10亿欧元量子技术项目[EB/OL]. 2016-04-26. http://synchuman.baijia.baidu.com/article/425692.

[3] 康双勇.量子通信技术发展现状及研究进展[J].保密科学技术, 2017, 3: 7-10.


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