量子信息技术与应用前景展望有哪些？

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1.三大领域研发持续推进，应用与产业前景各异

以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术，作为 量子科技的重要组成部分，将成为打破经典技术能力极限，推动未来 科技扩展新疆域，促进信息技术产业和数字经济升级发展的创新源泉。 量子信息技术已成为全球科技政策领域布局和投资的热点方向，同时 也成为科技巨头和社会资本关注的重点领域。近年来，量子信息技术 领域基础科研与技术创新保持快速发展，以技术攻关、样机研制、应 用探索和产业生态培育为一体的体系化发展格局已经形成。加强管理 部门、高校研究机构、产业公司和行业用户等多方交流合作，探索协 同创新机制，打造科研产业供应链，加强人力资源建设，成为各国在 构建量子信息技术产业体系化发展能力方面的共识。

量子计算的技术产业影响力最大，是量子信息领域的关注焦点。 样机研发与性能提升是实现量子计算潜力的核心，超导和离子阱技术 路线持续领跑，硅半导体、光量子和中性原子等技术路线在样机技术 指标提升方面发展迅速，也是有力竞争者，硬件技术仍处于多种方案 并存发展阶段。完成量子计算优越性证明之后，进一步提升物理硬件 指标与算法纠错性能，实现基于量子纠错的逻辑量子比特，将是迈向 通用量子计算的下一个重要里程碑。表征和评价量子计算硬件能力和 应用可行性的基准测评已成为业界研究热点，也是观察分析量子计算 技术产业发展水平的重要指标参考。软件和云平台成为构建量子计算 应用产业生态重要组成部分，科技巨头在技术创新能力、合作推动力和用户吸引力等方面处于领先。基于 NISQ 平台的量子计算应用探索 在金融、制药、化工、交通等领域广泛开展，但杀手级应用仍需迈过 性能优越性、用例实用性与硬件可执行性三道坎。各类投资大量涌入， 既为技术发展提供有力支持，也带来行业泡沫争议与讨论。作为全球 多国重点发展的战略性新兴技术，量子计算科研仍需长期艰苦努力， 目前应用产业仍处于探索起步期，跨域技术产品与商业应用难达市场 预期的“死亡之谷”，是业界各方需要共同面对的挑战。

量子通信领域，基于 QKD、QRNG、QSDC 的量子保密通信技术 初步实用化，在基础科研领域保持活跃，样机系统传输距离和成码率 等技术指标得到提升，DI-QKD 系统前沿探索取得一定进展，但尚无 实用化前景。基于量子隐形传态、存储中继和转换等关键技术构建量 子信息网络，将是量子通信领域的未来方向，使能技术与组件科研探 索取得诸多进展，原理样机和原型实验报道开始出现。但在纠缠制备 操控和量子态存储转换等基础关键技术，有待进一步攻关突破，短期 难有实用落地。空间量子通信成为科研和应用发展重要方向，墨子号 量子科学实验卫星在轨运行 6 年，取得十余项国际领先实验成果，为 未来空间量子科学探索奠定坚实基础。量子保密通信产品研发、应用 探索和网络建设在国内外持续开展，标准化研究工作取得阶段性成果， 对系统功能性能、现实安全性和组网业务能力的标准测评验证须加强。 各类量子保密通信技术与 PQC 有望进一步探索不同方式的融合应用， 共同为量子计算时代信息安全保驾护航。对于量子保密通信产业而言， 提升产品工程化能力水平，探索信息安全领域的有效融合应用场景， 仍将是未来破解行业发展困境的主要努力方向。

量子测量领域，冷原子、热原子蒸气、NV 色心、里德堡原子、 量子纠缠、单光子等技术方案并行发展，在时频基准、重力测量、惯 性测量、磁场探测和目标识别等多种场景开展样机产品研发与应用探 索，原子钟、重力仪、磁力计、光量子雷达等多类型产品已逐步走进 商业应用。以微弱磁场探测为代表的量子测量技术在心脑疾病诊断、 癌细胞检测、细胞显微成像等生命科学研究领域将产生重要推动作用。 量子测量在微弱电磁信号检测，绝对重力与重力梯度测量，以及软硬 目标探测识别等领域的发展，将为国防、工业、地质、环保等众多垂 直行业应用赋能，成为加速产业升级的催化剂。量子测量技术与量子 计算、量子通信和 AI 等前沿技术也在探索融合应用，成为智能化量 子传感器的重要发展演进方向。近年来，随着量子测量技术产品发展 和各领域应用探索不断深入，产业价值链逐步明晰，上游关键器件供 应能力仍需进一步加强。未来，量子测量各类技术产品在国防、航天 和医疗等重点行业领域的应用和产业化发展有望率先获得突破。

2.发展量子信息技术，开启下一轮技术创新周期

发展量子信息技术，既由科学家探索物质世界最基本运行规律， 拓展人类知识边界的好奇心驱动，也有突破经典信息技术能力极限， 提升人类社会科技与生产力水平的现实需求，还可能成为开启下一轮 康德拉季耶夫（康波）周期技术创新之门的钥匙。经过四十余年发展， 量子信息技术已成为全球科技领域的显学。2022 年度诺贝尔物理学 奖121，授予 Alain Aspect、John F. Clauser 和 Anton Zeilinger，表彰他们使用纠缠量子态进行开创性实验，为基于量子信息的新技术开发奠 定基础。2023 年度科学突破基础物理奖122，授予 Charles H. Bennett、 Gilles Brassard、David Deutsch 和 Peter Shor，表彰他们在量子信息方 面的奠基工作。2022 年度科学突破基础物理奖123，授予香取秀俊和叶 军，表彰他们将时间测量的精度提高了三个数量级。

发展量子信息技术，促进创新成果应用与产业培育，是推动信息 社会和数字经济升级演进的触发器和催化剂，也是构建未来产业竞争 实力，维护技术主权的重要环节。在全球量子信息技术产业发展中， 美国仍然占据主导地位。在政策布局与投资力度方面，从管理部门、 科教部门和产业部门三方进行全面动员和体系化布局，政府公共研发 资金、科技巨头投资与资本市场融资三类资金投入规模均为全球领先。 在科研产出与技术成就方面，在超导、离子阱、硅半导体、中性原子 和拓扑等量子计算技术路线，以及原子钟、量子陀螺仪、量子磁力计 和量子重力仪等量子测量技术方向均处于领先。在量子通信领域鲜见 对 QKD 的投资支持，但大力发展量子信息网络。在产业发展与国际 合作方面，科技巨头在量子计算软硬件研发、应用场景探索和用户习 惯培养等方面优势明显，开始发力构建关键材料、元件、仪器和设备 供应链，并联合一些国家构建量子信息技术、应用、标准与产业生态， 在量子信息科技和产业领域巩固优势地位。

我国量子信息领域具备良好科研基础，已成为全球推动量子信息 技术发展的重要力量之一。“十四五”规划和各地政策布局均高度重视量子信息技术发展与产业培育，随着国家实验室和重大科技项目等 布局举措的落地实施，科研体系化布局和支持力度得到进一步增强。 在量子通信领域的新型 QKD 系统和星地量子通信实验处于领先，在 量子计算和量子测量领域与欧美先进水平仍有一定差距。在量子计算 软硬件协同发展、应用场景探索和用户生态构建等方面的推动力和影 响力有限。学术界和产业界在技术沟通交流、产学研分工合作、供应 链建设等方面的协同创新能力有待提升。当前国际形势较为复杂，量 子信息又属于关键基础性前沿技术，我国量子信息科研与产业发展可 能面临供应链维护、国际合作和人才培养等方面的困难和挑战。

总体而言，我国量子信息技术领域发展态势良好，未来，在加强 基础科研攻关，保障自主供给能力，促进产学研协同，培育应用产业 生态，夯实人力资源基础等方面，进一步凝聚共识，聚力加快发展， 将有望取得更多科研、应用与产业化成果。