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中国量子通信离规模应用还有多远?
中国量子通信离规模应用还有多远?
2016/2/23 13:25:40 | 浏览:2129 | 评论:0
 

中国量子通信离规模应用还有多远?

“我们正在推进北京城域量子通信设施建设,随着量子保密通信‘京沪干线’国家项目在年内的开通,将会联系更多的城市,让更多人享受到量子保密通信技术服务。”科大国盾量子技术股份有限公司总裁赵勇近日接受采访时表示。

量子通信,即利用光子等量子的状态叠加和纠缠等基本物理原理实现的信息传输。由于作为信息载体的量子不可分割、状态不可克隆,可以实现抵御任何窃听的密钥分发,进而能保证用其加密的内容不可破译。

记者多方采访了解到,经过20多年的发展,中国量子通信技术逐渐从理论走向实践,并在基于量子密钥分发的保密通信等领域初步进入产业化阶段。

眼下,在中国科学家致力于量子领域攻坚的同时,赵勇和他的同行们也在量子通信技术产业化的道路上不断前行。科大国盾量子是以中科大微尺度物质科学国家实验室的实用化量子通信技术为基础,由中国科学技术大学发起组建的中国第一家从事量子信息技术产业化的企业。

曾在中科大本科就读的赵勇在德国拿到博士学位后,在2009年选择了回国创业,“未来五到十年内,实用化量子保密通信技术有望走向大规模应用,在政务、金融、国防军事等领域大显身手,同时带动元器件等上下产业链发展,未来市场空间巨大。”

在赵勇看来,科研成果产业化的基础和前提是科研实力的领先和不断进步。

近年来,中国在量子通信领域的技术研究、产业应用处于国际领先地位。城域、广域,再到天地一体,是中国科学家的规划目标。

记者从中科大了解到,依托于中科大科研成果的合肥城域量子通信网、济南量子通信网、芜湖量子政务网等已在2011年到2013年间建成,通过多年的应用实践,城域量子通信方面已达到产业化要求。

目前在建的“京沪干线”项目即将于2016年内交付,建成连接北京、济南、合肥、上海等城域网络的全长2000多公里的量子保密通信线路,从而成为全球首个广域光纤量子保密通信骨干网络。

中国首颗量子科学实验卫星也预计在今年年中发射升空,至此“天地一体化”的量子通信实用化大幕即将开启。

中科院院士潘建伟教授表示,在“天地一体化”的全球量子通信基础设施的支持下,就可以构建基于信息安全保障的未来互联网。

对于中国量子通信领域的成果,赵勇体会深刻,“公司成立近七年,依赖最新的科研成果,我们的产品和技术也在不断完善发展。”

在科大国盾量子参与的“京沪干线”和上海陆家嘴金融量子保密通信应用示范网项目中,中国银监会、工商银行、民生银行、北京农商银行、交通银行、浦发银行、东方证券、国泰君安期货和华安基金等多家金融部门和机构参加应用示范系统建设,中国广电网络和中国电信负责光缆线路建设。

赵勇告诉记者,“京沪干线”和上海陆家嘴金融网建成后,可实现互联互通,将上海国际金融中心的有关银行机构和其他金融中心如北京金融中心、合肥滨湖国际金融后台服务基地等有效地结合起来,目标是打造目前世界上最先进的金融行业应用量子保密通信网络。

2015年11月发布的“十三五规划建议”中,量子通信与航空发动机、智能制造和机器人、深空深海探测、重点新材料、脑科学、健康保障等领域一起被列为体现国家战略意图的重大科技项目。

越来越多的市场资本也看到量子信息领域产业化的未来潜力。阿里巴巴集团已与中国科学院签署长期战略合作协议,在量子通信和量子计算两个前沿领域,展开深度合作,汇聚双方资源优势,推动量子信息技术的研发和应用。

“近期,中科院资产经营管理公司——国科控股和联想旗下君联资本等也入股了科大国盾量子,为公司的发展注入了新的活力。”赵勇透露。

2015年12月,由国科控股,联合中科大、科大国盾量子技术股份有限公司、阿里巴巴(中国)有限公司、中国铁路网络有限公司、中兴通讯股份有限公司、北方信息技术研究所等单位,在京签署战略合作框架协议,发起成立“中国量子通信产业联盟”。

中国国务院总理李克强近日主持召开国务院常务会议,确定支持科技成果转移转化的政策措施,促进科技与经济深度融合。这一消息也让中国科学界感到振奋。

中国科学技术大学科技传播与科技政策系副教授褚建勋表示,中国政府正在加快打通科技与经济结合的通道,让科技成果为社会服务,跟市场接轨,解放科技生产力,帮助解决社会问题。

“在包括量子通信在内的先进科技成果转移转化的过程中,中国新的经济增长点将越来越清晰地呈现出来。”褚建勋说。


產業追蹤:大陸國家科技獎加持 量子通信矽基產業駛入快車道

 隨著“多光子糾纏干涉度量學”斬獲大陸2015年度國家科學技術獎自然科學一等獎,“矽襯底高光效GaN基藍色發光二極體”拿下技術發明一等獎,相關產業的發展有望進一步提速。  

在矽基領域,江西省規劃打造的千億LED產業中,矽基LED佔據了半壁江山,多家上市公司參與其中;在量子通信領域,量子通信“京滬幹線”有望於2016年完成驗收,上市公司已滲透量子點雷射器、光器件等量子通信產業鏈。 兩項技術產業影響深遠  8日,大陸2015年度國家科學技術獎評選結果揭曉。正如此前預測的,“多光子糾纏干涉度量學”獲得了自然科學一等獎,技術發明一等獎則花落“矽襯底高光效GaN基藍色發光二極體”。  

中國科大院士潘建偉和他的團隊通過發展多光子糾纏干涉度量學,引領了大陸量子通信的研究和應用。如果要實現複雜的多步驟量子計算或者多使用者的即時保密量子通信,必須實現多光子糾纏。潘建偉團隊在2004年就實現了五光子糾纏操縱,並首次達到量子糾錯必須的比特數目;後續又先後實現六光子糾纏、五光子十比特超糾纏、八光子糾纏等。而在金鑰分發上,潘建偉團隊實現了可升級量子中繼基本單位,使得量子通信實現了城際通信應用可能;其百公里量級的糾纏分發和量子隱形傳態奠定了星地量子通信的技術基礎。 “在量子通信領域,中國大陸用了不到10年時間,從一個不起眼的國家發展成為世界勁旅,將領先於歐洲和北美。”早在2012年,《自然》雜誌這樣評價潘建偉的研究。  潘建偉表示,希望通過3-5年努力,解決基於中繼量子通信的問題,初步開展星地量子實驗;通過10年左右的努力,構建高速率實用化的廣域化的網路。  

值得關注的是,有業內量子學領域專家表示,真實的量子系統是極為脆弱的,也非常容易在極短的時間內退化為普通的經典系統,使得原來的設計全部失效,目前普遍被看好的穀歌D-wave量子電腦“量子加速”並不明顯,就是因為從量子到經典的“退相干過程”太快,而阻止退化的問題可能十年內都無法解決;目前能夠切實進入應用領域並發揮效益的是量子精密測量。  “

矽襯底高光效GaN基藍色發光二極體”(下稱“矽襯底技術”)的重大創新意義則在於:該項技術有望使得中國大陸構建具有完全自主智慧財產權的LED技術路線和產業標準,對大陸LED產業格局有望產生深遠影響。  

在LED襯底三大技術路線上,美國人把持了碳化矽襯底,日本人壟斷了藍寶石襯底。基於矽襯底的良好導熱性、穩定性,原材料成本低廉、可實現大尺寸晶圓和垂直結構器件等優勢,矽基襯底技術被業界寄予厚望。“如果矽基襯底技術成熟,借助成熟的6吋和8吋積體電路生產線,LED產品價格有望降低一半。”業內人士表示。  

矽襯底面臨的巨大技術難點是晶格適配和熱適配。上述項目主要參與人員孫錢在前人研究的基礎上,創新並利用多層AlGaN(氮化鎵異質結場效應電晶體)緩衝層技術,利用高溫外延生長時建立起來的壓應力抵消降溫過程中應熱膨脹係數的差異而引起的張應力,從而避免了氮化鎵薄膜中龜裂的產生,實現了高品質無裂紋的氮化鎵。  

除LED照明領域外,業內人士均看好矽基氮化鎵在積體電路領域的廣泛應用。某LED上市公司研發人員表示,雖然公司暫未涉及矽基發光領域的研究,但非常看好矽基氮化鎵與IC制程的結合,這可能將使得電腦CPU實現光子傳輸。一業內致力於該領域的人士則稱矽基氮化鎵在矽光子、感測器、功率器件、RF射頻等領域都具有廣泛的應用需求。 多家上市公司佈局掘金  通常從基礎研究走向應用尚需時日,但在量子通信領域,潘建偉團隊同步進行了應用研究實驗,其搭建的合肥城域量子通信網路已投入使用,大陸中科院主持的“量子科學實驗衛星”先導專項也將於2016年上半年進行衛星發射。同屬中科大主導的蕪湖量子政務網、濟南量子通信都會區網路也相繼投入了使用。  

日前,神舟量子網路技術有限公司CEO夏從俊表示,量子通信“京滬幹線”有望於2016年完成驗收建設後用於商用量子保密通信;神州資訊子公司、四創電子等均有中標該項目。  

量子通信已被列為七大體現國家戰略意圖的重大科技專案之一。安信證券表示,在量子加密領域,國內潛在市場規模可達500-1000億元。  

在量子通信產業鏈上,衛士通大股東中國網安已佈局“量子密碼”相關研究;浙江東方旗下國貿東方與中科大量子通信技術團隊合作從事浙江量子保密通信固網建設和運營;中興通訊加盟了最近由中科院牽頭成立的中國量子通信產業聯盟;藍盾股份則與華南師範大學資訊光電子科技學院共同籌建了量子密碼技術聯合實驗室。  

在廣發證券看來,量子點鐳射器具有廣闊前景。華工科技在中小功率鐳射設備方面已有突破,而巨星科技在雷射雷達應用于無人駕駛方面頗具優勢。  

在量子計算領域,國泰君安認為永鼎股份的超導材料是量子計算研發的核心應用材料。  

在矽襯底技術的應用上,江西省走在了前列。日前,江西省印發《關於打造南昌光谷建設江西LED產業基地實施方案》,以打造南昌光谷、建設江西LED產業基地,其目標為2020年全省LED產業總量超過1000億元,占全國的15%。  值得關注的是,江西省欲大力扶持矽基LED技術全產業鏈發展,並將採取以矽基LED技術合作換產業發展的模式,推動矽基LED技術向外輻射。其產業規模目標為:到2020年全省LED產業主營業務收入在2015年基礎上翻兩番,總量超過1000億元,力爭占大陸全國的15%,其中南昌達到500億元;技術分佈中矽基LED技術全產業鏈達到500億元。江西省還擬推動省內企業牽頭制定國家矽基晶片及其應用產品標準,構建省LED企業產品標準體系,力爭進入國家LED產業標準體系。  

該方案的重點專案顯示,木林森、鴻利光電、聯創光電、陽光照明等多家上市公司早已深度佈局矽襯底產業鏈。其中,在上游晶片領域的重點專案包括晶能光電(順風清潔能源子公司)年產10億顆矽基紫光晶片生產線專案(南昌)、聯創光電功率型紅外監控系統用LED外延材料、晶片及器件產業化專案(南昌);中游封裝領域則包括鴻利光電子有限公司(鴻利光電子公司)年產162億隻LED器件封裝項目(南昌)、聯創光電年產20億隻各類功率型紅外監控系統用LED器件封裝項目(南昌)、江西省木林森照明有限公司(木林森子公司)年產1000億隻LED發光二極體項目(吉安);下游應用領域則有江西省木林森光電科技有限公司(木林森子公司)年產2億套LED高效節能照明產品專案(新余)、江西陽光照明有限公司(陽光照明子公司)年產8000萬隻LED高效節能照明燈具項目(鷹潭);配套領域還包括江西省木林森光電科技有限公司年產800萬平方米LED燈具線路板專案(新餘)。

(李興彩)

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