量子信息技术以其独特的叠加、纠缠等物理特性，可以突破现有信息技术的物理极限，有望引发信息技术颠覆性变革，引领新一轮科技革命和产业变革方向。
量子信息的三大领域
量子信息技术主要的应用领域包括量子计算、量子通信和量子测量等。
量子计算是利用量子的叠加和纠缠特性，实现经典计算无法比拟的信息携带和超强并行处理能力，能够在特定计算困难问题上提供指数级加速。2019年，Google宣称其53位超导量子计算机Sycamore实现“量子霸权”。2020年12月，我国成功构建76个光子100个模式的量子计算原型机“九章”，其运算速度是Sycamore的100亿倍，是目前最快的超级计算机“富岳”的100万亿倍。
量子通信利用量子的不可分割、不可复制等特性进行保密通信和密钥协商，是迄今为止唯一被严格证明可以绝对安全的通信方式，具有可感知窃听，甚至阻止窃听的能力，主要包括量子密钥分发（QKD）、量子直接通信（QSDC）和量子隐形传态（QT）等方式。2020年6月，我国利用距离地球500公里的“墨子号”卫星实现了相距1200公里的量子密钥分发，打破了量子密钥分发距离的记录，其密钥传输的安全性达到了“前所未有的水平”，为创建全球量子通信网络奠定了基础。
在清华大学学者原创提出的量子直接通信方面，北京量子院和清华大学联合团队于2019年研制实用化量子直接通信样机，次年完成了量子直接通信保密电话，并与2020年9月的中关村论坛作为重大成果发布。2020年，团队还完成了自由空间量子直接通信的原理验证实验，在10米自由空间距离下，实现了500 bps的传输速率。特别是，他们提出了与经典密码结合的安全中继量子网络理论，在现有技术条件下可以实现量子网络，具有端对端的安全通信、与现有互联网完全兼容、具有感知和阻止窃听的优点，加速了全球量子网络的建设和实用化。
量子测量是利用量子态对外界环境的极度敏感特性，通过外界环境对量子体系作用引发其量子态的改变，并基于对量子态变化的读取实现对环境物理量的高精度测量，其测量精度、灵敏度及稳定性方面有明显优势。主要应用领域包括空间探测、惯性制导、灾害预防等。
全球量子信息产业概况
各主要国家陆续启动量子科技国家战略行动计划，从顶层设计、资金投入等方面推进量子信息产业发展，力争抢占技术制高点。
美国在2018年6月通过《国家量子倡议法案》，计划在10年投资12.75亿美元推动量子科学发展；9月发布《量子信息科学国家战略概述》，旨在维持和扩大美国在量子信息技术领域的领导力。2020年2月发布《美国量子网络的战略构想》明确构建量子互联网的愿景目标；7月，能源部发布《从远距离纠缠到建立全国性的量子互联网》明确量子互联网发展蓝图。2021年，美国总统拜登表示将投入1800亿美元用于“未来的研发和产业”，其中有包括量子计算机在内的先进计算以及半导体的设计和制造。
欧盟在2018年10月启动欧洲量子技术旗舰计划，拟在未来十年内拟投资10亿欧元支持量子通信、量子计算、量子模拟、量子计量和传感等领域的研究。2020年3月，欧盟“量子技术旗舰计划”官网发布《战略研究议程（SRA）》，明确了旗舰计划的发展目标。德国2018年11月通过“量子技术——从基础到市场”框架计划，拟于2022年前投资6.5亿欧元重点研究量子卫星、量子计算和用于高性能高安全数据网络的测量技术等领域。2021年1月，法国宣布启动量子技术国家战略，并计划5年内在量子领域投资18亿欧元。2021年3月，欧盟委员会公布《2030数字指南针》提出计划到2025年，欧洲将拥有第1台具有量子加速功能的计算机。
日本在2013年成立量子信息和通信研究促进会以及量子科学技术研究开发机构，计划未来10年投入400亿日元在量子信息技术的研发。英国在2014年设立“国家量子技术计划”，每年投资2.7亿英镑用于建立量子通信、传感、成像和计算四大研发中心。俄罗斯在2019年12月出台国家量子行动计划，拟在5年内投资约7.9亿美元，打造一台实用的量子计算机。印度于2020年2月提出国家量子任务，计划未来5年内投入800亿卢比（约合11.2亿美元），重点推进量子通信、量子计算、量子材料开发和密码学等量子互联网关键技术创新。
我国量子信息产业发展情况
量子信息上升为国家战略。2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出要瞄准人工智能、量子信息等前沿领域，实施一批具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目，加快布局量子计算、量子通信等前沿技术。
各省市高度重视，纷纷加快量子信息产业布局。2017年12月24日，北京量子信息科学研究院成立，这一新型研发机构由北京市政府发起，联合北京多家顶尖学术单位共同建设，院长由清华大学副校长、中科院院士薛其坤担任。山东、广东、合肥等地陆续发布相关规划，加快布局量子信息产业。2021年以来，各省市十四五规划陆续出台，其中北京、上海、重庆、浙江等18个省市十四五规划意见稿提及量子信息，要求加快量子信息产业布局，抢占发展制高点。
三大领域均有布局，龙头企业多数起源于科研院校。
在量子通信方面，我国处于绝对领先地位，试点应用数量、网络建设规模等全球领先。龙头企业科大国盾量子发源于中国科学技术大学，是国内最大的量子通信设备制造商和量子信息系统服务提供商，相关技术专利数量全国第一。在量子计算方面，与美欧等国际先进水平基本持平。起源于中科院量子信息重点实验室的本源量子专注量子计算全栈开发，各软、硬件产品技术指标国内领先，2020年以77件专利位列“全球量子计算技术发明专利排行榜”第七位。BAT、华为等科技巨头纷纷布局，玻色量子、图灵量子等海归初创团队崭露头角。在量子测量方面，某些关键技术研究存在一定差距。国仪量子、国耀量子雷达等主要企业也均起源于科研院所。
量子信息产业的商业化应用落地
随着量子信息产业三大领域技术的迅猛发展，相应的商业应用落地也崭露头角。
量子通信领域商业化落地最为完善。尤其是我国在量子通信技术应用方面取得了丰硕成果，总体上处于国际领先地位。特别是在 “量子保密通信‘京沪干线’技术验证及应用示范项目”和中国科学院空间科学战略先导专项部署的“墨子号”量子卫星项目的牵引和带动下，我国不仅掌握了城域、城际以及自由空间的量子通信关键技术，更培育和集聚了一批覆盖核心器件研发、产品设备制造、业务应用开发等各环节的企业，已初步形成集技术研究、设备制造、建设运维、安全应用为一体的产业链。
国际上对量子通讯的应用也非常积极。早在2009年，美国国防部高级研究署和Los Alamos 国家实验室就分别建成了多节点的城域量子通信网络。2014 年，NASA正式提出了在其总部与喷气推进实验室（JPL）之间建立一个600km远距离光纤量子通信干线的计划，并计划拓展到星地量子通信。英国、欧盟、日本等地也开始了量子通信网络的实验和建设。
量子计算的商业化落地之路正在探索当中。如“量子计算+金融”方面，量子计算可用于投资组合管理、资本市场风险分析、保险行业灾难性风险建模、加密和后量子密码学、蒙特卡洛模拟等。例如UBS 正与另一初创量子公司QxBranch 合作，致力于研究量子算法在外汇交易和套利方面的应用。又如渣打银行与大学空间研究协会（USRA）签署了合作研究协议开展量子计算研究和开发量子计算应用程序。此外，还有一些金融科技企业在与前沿科研团队合作研发相干伊辛机（CIM）等类型专用量子计算机，用于求解大数据处理、投资组合、风险控制等领域内常见的组合优化类问题。预计此类专用量子计算机将更早实现商业化应用。
在“量子计算+通信”方面，满足未来庞大、异构的先进网络实时性与高效性需求。量子计算对高维数据并行处理以及对最优解并行搜索的能力，天然地适合解决通信网络包含多未知量、多状态和多维度特征的分类问题、优化问题，可显著提高通信网络中资源利用效率，降低电信网络中的运维、管理与优化成本。
在“量子计算+军工”方面，量子计算机的应用场景包括破译敌方通讯密码、兵棋推演模拟、海量信息研判、战场仿真、装备研发、后勤保障优化等。去年，美国政府宣布对有关的量子技术研究机构投资近6.25亿美元，包括微软、IBM和洛克希德·马丁在内的公司也为该计划合计出资3.4亿美元。加拿大D-Wave公司也成功将其研发量子计算机销售给洛克希德·马丁公司、NASA。此外，生物医药、化工行业、新型材料、交通优化等行业和量子计算的结合被社会各界普遍看好。
量子测量领域商业化的进程也已经开始。欧美多家公司已推出基于冷原子的重力仪、频率基准（时钟）、加速度计、陀螺仪等商用化产品，产业化发展较为迅速。代表性量子传感测量企业包括：美国AOSense 公司作为创新型原子光学传感器制造商，专注于高精度导航、时间和频率标准以及重力测量研究，主要产品包括商用紧凑型量子重力仪、冷原子频率基准等。在量子测量与传感器领域内，美国Geometrics公司、法国Muquans 公司、英国M Squared Lasers 公司等表现也相当活跃。
我国较为成熟的量子测量产品主要集中于量子时频同步领域，中电科、航天科技、航天科工和中船重工集团下属的一些研究机构正逐步在各自优势领域开展量子测量方向研究。国耀量子、国仪量子、科大国盾等几家企业表现也颇为亮眼，有量子激光雷达、量子钻石原子力显微镜、量子钻石单自旋谱仪、基于冷原子干涉的重力仪等产品，可用于环境保护、数字气象、航空安全、智慧城市等场景。
文：田静秀?袁为 刘敏 弓超
编辑：慕一
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