2018年量子信息技术发展与应用研究报告

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1、量子信息技术发展与应用研究报告（2018年）随着人类对微观粒子系统的观测和调控能力不断突破和提升，利用量子力学中的叠加态和纠缠态等独特物理特性进行信息的采集、处理和传输已经成为可能，量子科技革命的第二次浪潮即将来临。以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术是未来信息通信技术演进和产业升级的关注焦点之一，其研究和应用发展在未来国家科技发展、新兴产业培育和经济建设等诸多领域，也将产生基础共性乃至颠覆性的重大影响。近年来，量子信息技术发展与应用呈现加速趋势，全球各国普遍关注和重视，我国对于量子信息技术和产业发展的重视程度也进一步提高。2018年5月2

2、8日，习近平总书记在两院院士大会上的讲话中指出，“以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用。”为推动我国量子信息技术研究与产业应用的健康发展，澄清原理概念、分析问题瓶颈、凝聚发展共识，中国信息通信研究院组织编写了《量子信息技术发展与应用研究报告》（2018年）。本报告深入解读量子信息技术概念原理、关键技术、应用现状、产业发展、问题瓶颈和未来发展趋势，并提出相关策略建议。一、量子信息技术发展背景1（一）量子科技革命第二次浪潮即将来临1（二）量子信息技术在全球范围广受重视2（三）量子信息技术概念原理与三大领域3二、量子

3、计算技术与应用进展4（一）量子计算技术研究与发展现状4（二）量子计算应用和产业生态发展6（三）我国发展应用面临的问题与挑战10三、量子通信技术与应用进展11（一）量子通信技术研究与发展现状11（二）量子保密通信应用和产业进展17（三）我国发展应用面临的问题与挑战21四、量子测量技术与应用进展22（一）量子测量概念原理与技术体系22（二）量子测量五大方向研究与发展现状25（三）我国发展应用面临的问题与挑战30五、演进趋势、发展态势与策略建议31（一）量子信息技术整体演进趋势31（二）量子信息领域国际发展态势32（三）促进我国量子信息技术发展的策略建议34一

4、、量子信息技术发展背景（一）量子科技革命第二次浪潮即将来临量子是构成物质的基本单元，是不可分割的微观粒子（譬如光子和电子等）的统称。量子力学研究和描述微观世界基本粒子的结构、性质及其相互作用，量子力学与相对论一起构成了现代物理学的两大理论基础，为人类认识和改造自然提供了全新的视角和工具。上世纪中叶，随着量子力学的蓬勃发展，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，以现代光学、电子学和凝聚态物理为代表的量子科技革命第一次浪潮兴起。其中诞生了激光器、半导体和原子能等具有划时代意义的重大科技突破，为现代信息社会的形成和发展奠定了基础。受限于对微观物理

5、系统的观测与操控能力不足，这一阶段的主要技术特征是认识和利用微观物理学规律，例如能级跃迁、受激辐射和链式反应，但对于物理介质的观测和操控仍然停留在宏观层面，例如电流、电压和光强。进入二十一世纪，随着激光原子冷却、单光子探测和单量子系统操控等微观调控技术的突破和发展，以精确观测和调控微观粒子系统，利用叠加态和纠缠态等独特量子力学特性为主要技术特征的量子科技革命第二次浪潮即将来临。量子科技的革命性发展，将极大的改变和提升人类获取、传输和处理信息的方式和能力，为未来信息社会的演进和发展提供强劲动力。量子科技与通信、计算和传感测量等信息学科相融合，形成全新的量子

6、信息技术领域。（二）量子信息技术在全球范围广受重视近年来，全球多国加快量子信息技术研究与应用布局，推动技术研究和应用发展。日本文部科学省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，计划未来十年内投资400亿日元，支持量子通信和量子信息领域的研发。英国2014年设立“国家量子技术计划”，投资2.7亿英镑建立量子通信、传感、成像和计算四大研发中心，开展学术与应用研究。欧盟2016年推出“量子宣言”旗舰计划，在未来十年投资10亿欧元，支持量子计算、通信、模拟和传感四大领域的研究和应用推广，并在2018年11月正式启动首批20个研究项目。

7、美国近十年来，已通过“量子信息科学和技术发展规划”等项目，以每年约2亿美元的投入力度，持续支持量子信息各领域研究。在全球量子信息技术加快发展的背景下，美国进一步加大投入，在2018年6月推出《国家量子行动计划（NQI）》法案，计划在2019年至2023年的第一阶段，在原有基础上每年新增2.55亿美元投资，共计12.75亿美元，加快推动量子信息技术研发与应用。2018年9月美国白宫发布《量子信息科学国家战略概述》，总结量子信息科学带来的挑战和机遇，并分析美国在该领域维持和扩大领先优势的措施。我国持续支持量子信息技术领域的研究探索，近年来重视和支持力度进一步

8、加大。2018年5月28日，习近平总书记在两院院士大会上的讲话中指出，“以人工智