量子科技到底是什么?

1评论 2020-10-26 08:04:25 来源:每日财报 作者:刘雨辰 龙头股,这样抓!

  在国家政策的推动下,量子科技在未来很长一段时间都会有不错的发展环境。

  日前,中央政治局会议就量子科技研究和应用前景进行了集体学习,并要求加强量子科技发展战略谋划和系统布局。一年一次的最高层关于前沿技术的学习内容每年都不一样,去年是区块链,今年则放在了量子科学技术上,表明量子领域发展即将进入快车道并有望迎来政策方面更大的扶持力度。

  消息传出之后,二级市场给予了短暂的正向反馈,但很快就降温了,表明资金对于这一领域还是比较谨慎的,毕竟是超前沿的新兴技术,不确定性风险很高。本篇文章的主旨不是提示相关产业的投资机会,而是单纯的进行行业概况的介绍和知识普及。

  1

  从“薛定谔的猫”说起

  提到量子科技不得不提的就是“薛定谔的猫”,该实验是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。

  实验是这样的,在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来 。

  量子理论认为,如果没有揭开盖子进行观察,我们永远也不知道猫是死是活,它将永远处于既死又活的叠加态,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,但客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。大多数人都似乎能看懂这一实验,但要真正的理解却是很难的,正如玻尔的名言:“谁要是第一次听到量子理论时没有发火,那他一定没听懂。”

  薛定谔的猫是诸多量子困惑中有代表性的一个,相信大家也很难真正理解其中的奥秘,毕竟我们都不是科学家,但需要知道的是,这一实验中的“叠加态”概念对于后来量子科技的发展至关重要。

  1959年,美国理论物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)提出利用量子效应进行计算的概念。从技术趋势上来看,第一次量子革命启动了基于量子力学原理的最初一轮技术革命,人类开始认识和掌握微观物质世界的物理规律并加以应用,诞生了包括激光、半导体和磁共振成像(MRI)等具有划时代的重大科技突破。

  我们当下所说的量子科技已经是第二次量子革命了,当前量子科技主要包括量子计算、量子通信和量子测量三大领域。按照官方的定义,量子计算以量子比特为基本单元,通过量子态的受控演化实现数据的存储计算,具有经典计算无法比拟的巨大信息携带和超强并行处理能力;量子通信利用微观粒子的量子叠加态或量子纠缠效应等进行信息或密钥传输,基于量子力学原理保证信息或密钥传输安全性,主要分量子隐形传态和量子密钥分发两类;量子测量基于微观粒子系统及其量子态的精密测量,完成被测系统物理量的执行变换和信息输出,在测量精度、灵敏度和稳定性等方面比传统测量技术有明显优势。

  从目前的发展情况来看,量子计算还处于原型机研发阶段,技术上仍面临多项挑战,距离技术成熟还有很长的一段路要走,但是一旦技术得到突破,那么市场前景将会异常的广阔。

  根据IDC的预测,到2027年,全球量子计算市场规模将达到107亿美元,与2017年相比,10年内增长超过40倍。相比之下,量子通信的发展步伐要比量子计算快,量子通信是一种加密通信,其核心原理是利用量子状态的不确定性产生随机密钥,一旦通信被窃听则会改变量子的状态,窃听就会被察觉,进而使得密钥无法被破解,实现了通信的保密性。

  未来传统的保密通信技术在拥有强大算力的量子计算机面前将会不堪一击,很快被破解,量子通信对于军方意义非凡,明白了这一点就会明白为什么国家高层如此重视量子科技。

  2

  国内发展到什么程度了

  从全球范围内来看,美国对量子通信的理论和实验研究开始较早,是最先将量子通信技术列入国家战略、国防和安全研发计划的国家。1984 年,量子密码通信概念在美国首次被提出,随后通过实验演示、领域尝试。

  我国的量子通信技术于1995年起步,但前期主要是学习阶段,进步速度缓慢,近几年在顶层政策的指引下进展较快,2013年2月,量子通信首次被纳入《国家重大基础设施建设中长期规划》,就在同一年,我国第一个以实际应用为目标的大型量子通信网络—济南量子通信试验网投入使用。

  紧接着,2014 年京沪干线开始建设,这也是全球距离最远的广域光纤量子通信骨干线路。发展到今天,国内的量子通信技术已经是世界的第一梯队,根据中国信通院的统计,2018年,我国在量子通信全球专利申请数量方面位居第一,专利授权仅次于美国,形成了以潘建伟院士和郭光灿院士等学科领头人为代表创立的多家量子通信企业和以合肥为代表的量子通信产业集群。

  上游负责提供光纤等元器件及其他一些核心设备的公司有国盾量子(行情688027,诊股)、亨通光电(行情600487,诊股)、光迅科技(行情002281,诊股)等,最为核心的中游企业有国盾量子和神州信息(行情000555,诊股),提供的是传输干线或系统平台。

  在这里还是要说一下国盾量子这家上市首日涨幅超10倍的公司,虽然目前它的业绩完全撑不起它的股价,但它的确是目前国内量子通信的绝对龙头。

  截至2020年6月底,根据德温特(Derwent)国际权威专利数据库的数据,国盾量子在量子通信相关领域公开的同族专利数量排名全球首位。国盾量子发源于中国科学技术大学,2009年5月创立,今年成功登上了科创板。其参与建设了合肥城域量子通信试验示范网、金融信息量子通信验证网、济南量子通信实验网和京沪干线,为“十八大”、抗战胜利70 周年阅兵、“十九大”、杭州G20峰会等提供量子安全保障,同时还建成了全球首个大容量商用化超长距离量子共纤传输应用。

  量子计算的商业化目前在国内仍处于起步阶段,因此在量子计算领域,国内的初创公司比较少。有实际产品的仅有合肥的本源量子和深圳的量旋科技两家公司。

  其中,本源量子是由中科院量子信息重点实验室孵化、中国科技大学郭国平创立的一家公司,中科院院士郭光灿也是该公司的联合创始人。除此之外,国内主要大公司也已经开展了量子计算的研究工作,华为和BAT均有布局。早在2018年,华为就开始云量子计算模拟平台HiQ,可模拟全振幅42量子比特以上,成为当时业界领先的量子电路模拟云服务。任正非去年在接受采访的时候就曾表示区块链在量子计算面临根本不值一提,而当时正值区块链热度最高的时候。今年9月,百度、本源量子等企业先后发布了自己的最新量子计算云平台,使普通用户也能通过云技术使用量子计算。

  在中国,一个产业的向上突破在很大程度上要依赖国家的力量,特别是高新技术产业,芯片如此,量子科技亦是如此。我们不能说有了国家政策的支持就一定能实现领先,但这的确是一种重要的背书和推动,相信量子科技在未来很长一段时间都会有不错的发展环境。

关键词阅读:量子科技

责任编辑:伍书哲
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