中国金融信息网讯 量子信息科学是量子力学与信息学交叉形成的一门新兴学科，量子的特有属性使得量子计算机有望以现有超级计算机数百万倍的速度进行复杂计算，量子加密通讯，理论上可以做到绝对保密，无法被破解。这项技术的应用将为通信、计算、雷达、定时、传感、成像、计量和导航等场景，提供前所未有的力量、精度、安全性和灵敏度。可以说，量子科技是21世纪到目前为止最伟大的科学成就，全球各国正紧锣密鼓地进行量子技术的开发与应用。
2018年6月，美国众议院科学委员会高票通过《国家量子倡议法案》，计划在10年内拨给能源部、国家标准与技术研究所和国家科学基金12.75亿美元，全力推动量子科学发展。此外，欧盟、英国、日本、韩国、新加坡等科技强国均发布了自己的“量子信息科学发展计划”。
一场量子科技革命在全球范围内展开，它席卷而来，以猛烈的方式，冲击传统的一切，将会影响我们未来生活的方方面面。目前量子科学的原理已经被广泛应用在很多领域,量子信息学的研究范畴也已经被极大地扩展。
量子信息科学的主要应用方向
1、量子医学
量子医学是建立在量子物理学和生物医学的基础上，运用量子力学原理来解析生物体的微弱磁场的变化，进而诊治人体各种疾病及调理亚健康状态的医学。量子医学应用有三方面:①量子医学检测,主要是用量子共振检测仪；②量子医学在诊断方面的应用,诸如对肿瘤、心脑血管疾病、病毒感染等专项检查；③量子医学在治疗方面的应用,对鼻咽癌、胰腺癌等患者进行治疗,取得了一定的疗效。利用量子波的量子医疗，将改变今后的医疗，开辟全新的治疗领域。
2、量子计算机
量子计算机的优势是运算速度快，且体积小。传统计算机处理数据是单向的（如图1），量子计算机处理数据是多向的（如图2）。传统的电子器件，由于晶体管和芯片受材料的限制，体积减小是有个限度的，最终不能达到原子水平。而每个量子元件尺寸都在原子尺度，由它们构成的量子计算机，体积大大缩小。可以想象，未来可能会出现放在在口袋中的超高速计算机。
图1传统计算机“走迷宫”
3、量子通信
量子通信，也可以说是量子加密通信。量子通信技术具有极高安全性、通信容量大和传输速度快等优点，利用无法破译的秘钥技术，实现了真正意义上的安全保密通信，近年得到了世界各国科学家的密切关注和深入研究，是通信技术的又一次革命。量子通信不会完全替代现有的通信技术，而是在现有的技术上将两者进行融合，相互取长补短。
图2量子计算机“走迷宫”
总之，利用量子理论来变革信息技术，有望实现对信息处理能力的革命性突破，量子计算机和量子通信正从实验室走进现实，将在推动人类社会文明进步方面发挥颠覆性作用。
我国量子信息科学发展现状
十二五规划（2011-2015）纲要中的科研支持项目中就已经提出了量子调控的相关科研计划，这是量子技术首次出现在国家战略报告上，而作为成果之一，中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等完成的科研成果“多自由度量子隐形传态”入选2015年欧洲物理学会新闻网站“物理世界”公布年度国际物理学领域十项重大突破并名列榜首。
2016年８月，我国成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，2017年8月10日，“墨子号”圆满完成了三大科学实验任务：量子纠缠分发、量子密钥分发、量子隐形传态，成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家。接下来我们依次了解这三个任务是什么。
（1）量子纠缠分发任务是由向相距1200千米的两个地面站发送纠缠光子对，并完成贝尔不等式的测量，即验证了远距离量子力学的正确性。
（2）量子密钥分发任务是2018年1月中国科研团队与奥地利科学院安东·塞林格研究组合作，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在中国和奥地利之间实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。举例说明量子密钥分发的优势，某男与A女士官宣（纠缠光子对），并有了信物（量子密钥），后来该男与B女士厮混在一起，为了不暴露自己已婚，偷偷的把戒指藏了起来，回到家后，A女士发现自己的丈夫没有戴戒指，事情暴露，正如量子密钥分发，如果有第三方试图窃听密码，则通信的双方便会察觉。
图3量子密钥分发示意图
（3）量子隐形传态，同样举例说明，某男与A女士是异地恋，B女士是该男的同事并且单身，由于工作原因日久生情，该男与B女士在一起了，A女士成了单身，两位女士素未谋面，B女士却把单身这种状态传给了A女士，这就是量子隐形传态。
图4量子隐形传态示意图
自量子卫星“墨子号”的成功之后，包括阿里云、百度、华为在内的一大批本国企业纷纷宣布投入大量资金加入量子技术的研发工作。
2017年6月，在我国通信标准化协会成立量子通信与信息技术特设任务组，启动了国家标准的研究工作。2017年9月，世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通，连接北京、上海，贯穿济南、合肥等地，可为沿线城市间的政府、金融机构等提供高速、高安全等级的信息传输保障，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。我国还建立了量子信息科学国家实验室，并获得了70亿元的初始投资，计划5年投入100亿元。
凭借这些出色的成绩，我国已经在在量子通信领域取得先发优势。
中美两国量子信息科学发展的比较
在全球量子信息技术领域，中美两国居于领先地位且竞争激烈，中国量子信息技术相较于美国而言起步虽迟，但发展更为迅速。同时，中美两国在量子信息技术的不同领域发展并不均衡。美国在量子计算方面的专利申请量遥遥领先，中国则在量子密码方面大幅领先，而中美两国在量子传感器方面实力相当。
在中美两国对量子信息科学的战略规划方面，美国选择全方位发展量子信息技术，2016 年7 月，美国白宫总统科学技术顾问委员会发布报告《推进量子信息科学: 国家的挑战与机遇》，呼吁加大投入，以快速、全面推进量子信息 技术的研究与应用。总统科学技术顾问委员会还成立了“量子信息科学跨机构工作小组”，专注于量子信息科学基础研究、基础设施、技术人才、知识产权等问题，同时将重点培育量子信息技术产业。目前，美国各联邦政府机构对量子信息技术的资助力度约为每年2亿美元。
中国则在发展可实用量子通信技术方面开展了系统性的深入研究。政府相关部门高度重视并大力支持，促进我国量子通信技术快速发展。从2001年开始，科技部“973”计划、“863”计划、国家自然科学基金重点项目、中科院知识创新工程重大项目以及“十二五”专项规划为量子信息技术研究提供了持续支持。2005 年，量子调控成为国家重大研究计划的内容，到目前这一计划已经执行了十余年，为我国量子通信等方面提供了重要的技术支撑。为了在未来拥有一支量子科学的人才大军，我国还应该在早期开始部署量子科学教育，包括小学、初中、高中和大学，从小打好基础，贯穿整个学习阶段。
总结
在全球量子信息技术领域，中美两国均居于领先地位。中国的量子信息技术起步虽晚于美国，但近几年发展势头可喜，尤其是学术理论方面，大有后来居上之势。细致对比中美的量子信息科学发展状况，中美各有擅长领域，可谓旗鼓相当。而正是因为中美两国发展力量接近，才会有相互之间的角力。正如当前中美之间的贸易摩擦，正是中国的足够强大，触动了美国的利益，才会招来报复。
对于在推动人类社会文明进步方面将发挥颠覆性作用的量子技术，我们认为中美两国应携手并进，优势互补，互相打压只会造成资源浪费，影响两国乃至全球的科技进步。挽起手来共同承担起大国应有的责任，才能一起迈向人类的美好未来。
（作者：景乃权，浙江大学经济学院副教授；陈德宇，浙江大学金融系研究生）
