|
周强在做实验。受访者供图 开栏语 今年的政府工作报告提出，积极培育新兴产业和未来产业。制定未来产业发展规划，开辟量子技术、生命科学等新赛道，创建一批未来产业先导区。 在“今天”，未来产业听起来陌生；但“明天”的技术，无疑能够锻造“后天”的产业。从人形机器人到量子计算机，从脑机接口到6G网络设备……充满未来感的“硬核”科技，已经不只存在于科幻片中。 大国重器云集的四川，隐藏着哪些未来密码？逐鹿未来，四川胜算几何？即日起，四川日报全媒体推出“未来透明度”栏目，关注处于孕育萌发阶段或产业化初期的未来产业，一起打开未来想象。敬请垂注。 名词解释 量子科技产业 量子是状态不可再分割的物理实体，具有量子相干叠加、量子非局域等物理特性。量子物理与信息科技相结合发展出量子信息科技，量子科技产业正是基于此形成的未来产业，主要分为量子计算、量子通信和量子传感/量子精密测量三大技术领域，在提升困难问题的处理能力、加强信息安全的保护能力、提高传感测量的精度水平等方面，具备超越经典信息技术的潜力。 今年政府工作报告明确提出，积极培育新兴产业和未来产业。“量子技术”作为未来产业新赛道被重点提及。2016年，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”飞向太空；2023年，量子计算原型机“九章三号”再度刷新光量子信息技术世界纪录；今年1月，我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”上线后向全球用户开放……对中国而言，量子科技并非“空中楼阁”。放眼四川，量子科技产业也已在布局。 在对新质生产力的热烈讨论中，我们不禁设问：量子科技领域，四川的机会在哪儿？多位业内人士认为，四川是领域内的后起之秀，需要找准赛道，坚持“量”力而行。 产业赛道前途无量 1900年，德国物理学家马克斯·普朗克提出量子理论，引发“第一次量子革命”，计算机、激光、核能、生物技术……许多发现和发明由此产生。 蝴蝶振动翅膀，来自微观世界的“精灵”们，带动了信息技术的发展。100多年后，“第二次量子革命”到来，量子科技给未来带来更多可能性。“必将有更多颠覆性成果产生。”电子科技大学教授、天府绛溪实验室量子互联网前沿研究中心主任周强确信。 传统的通信方式，有被窃听的风险，而量子通信就好像信息安全传输的“保护盾”，让窃听者“无处遁形”；量子计算，被称为未来计算技术的“心脏”，在原理上具有超快并行计算能力，可通过特定算法产生超越传统计算机的算力，解决重大经济社会问题；量子传感/量子精密测量，则是打开微观世界的一把“钥匙”，能够应用于石油勘探、生命科学、先进材料及能源电力等领域。 作为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域，量子科技无疑是耀眼的明星。中国信息通信研究院于去年底发布的《量子信息技术发展与应用研究报告（2023年）》显示，截至2023年10月，29个国家和地区制定和推出了量子信息领域的发展战略规划或法案文件，据公开信息不完全统计的投资总额已超过280亿美元。 不过，不同于新兴产业处于产业发展的成长期，量子科技这样的未来产业，目前基本处于产业发展的孕育期。 “当前，相关领域的科技攻关、工程研发、应用探索和产业培育正同时推进。”电子科技大学基础与前沿研究院教授王子竹补充，量子科技产业可分为量子计算、量子通信、量子传感/量子精密测量三大赛道，单就技术路线而言，都呈现出开放竞争的态势。 用量子计算举例，以超导量子线路等为代表的技术路线经过20多年的发展，在量子比特数、相干时间、逻辑门保真度等关键指标上都处于领先地位。而以里德堡原子等为代表的技术路线在最近5年内取得了突飞猛进的技术进步，在前述关键指标上都已经赶上或接近超导量子线路。换句话来说，“压倒性获胜者”还未出现。 谁能摘得量子科技“王座上的桂冠”，需以“问号”结尾；而量子科技的广阔前景，则是毋庸置疑的感叹号。一个有力的佐证是，被业内普遍认为有望较早实现产业化的量子传感/量子精密测量赛道，相关领域的明星企业国仪量子2023年成交订单已超过5亿元。 各方纷纷落子。记者粗略梳理发现，近3年来，国内至少有17个省（自治区、直辖市）已出台相关政策文件，对量子科技产业进行布局。2022年，《四川省“十四五”高新技术产业发展规划（2021—2025年）》印发，“量子科技”即是重点领域之一。 环顾四川，这里已集聚起一批量子科技领域的精锐部队——电子科技大学、四川大学、西南交通大学等多所高校，中国电科三十所、西南技术物理研究所、中国科学院光电技术研究所等科研院所深耕多年；中国电子科技网络信息安全有限公司（以下简称“中国网安”）、天奥电子、成都中微达信科技有限公司（以下简称“中微达信”）等本土企业发展迅速，国科量子、本源量子、中创为量子等“王牌军”近年来也在成都设立分公司。 王子竹专注于研究量子理论中的基础问题，2018年，他结束奥地利科学院维也纳量子光学与量子信息研究所的博士后工作，选择来到四川发展。“成都很宜居，从事量子研究的氛围也相对宽松，宜于人才的自由探索和发展。” 人才之外，四川也吸引了一批量子科技企业。“四川在电子信息、装备制造等领域具有较为完善的产业基础，为我们提供了良好的产业配套和市场前景。”本源科仪（成都）科技有限公司总经理李舒啸表示。 作为国内量子计算龙头企业本源量子西南地区的全资子公司，他们2022年发布的国产首个量子芯片工业设计软件Q-EDA目前已在成都完成第四次技术迭代。 “将量子芯片设计类比为盖房子，Q-EDA的作用就是‘绘图纸’。”李舒啸表示，企业处于量子计算产业的最上游。今年初上线的我国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”搭载的72位超导量子芯片“悟空芯”，就由该软件设计。 “越来越多的量子算法和应用被开发出来，对量子算力的需求日益增强，对量子芯片硬件能力升级的要求更加迫切。”从业12年，李舒啸看到，量子科技正越来越“热”。 周强也有切身体会，6年多前，他还是电子科技大学信息与量子实验室的一名“光杆司令”，而如今，团队已有30多位师生；同时，他还在天府绛溪实验室带领一支科研团队孵化量子互联网产业，开发具有互联能力的量子通信、量子计算、量子传感/量子精密测量技术。 四川究竟能“量”几何 全国量子科技版图上，四川处在哪个位置？先看“参照系”。业内公认的“重镇”安徽合肥，2001年，中国科学技术大学在此组建起国内首个量子实验室；2009年5月，科大国盾量子前身——安徽量子通信技术有限公司成立，成为国内最早一批探索量子科技产业化的企业。而周强提到，2011年，他博士毕业回到四川时，研究量子科技尚属“冷门”。 川内量子科技相关企业起步也较晚，2020年四川日报全媒体所作的一项调查显示，当时，四川有78家企业在经营范围中以“量子”为主要关键词，注册时间则集中在2016年后。可以说，四川是名副其实的“后生”。 再看“动力源”。企业是推动量子科技工程化研发、应用赋能和产业化发展的创新主体。以量子通信领域为例，2023年，中商产业研究院整理了38家中国量子通信上市企业，从区域分布看，浙江省、江苏省、北京市企业较多，各有6家，四川则只有2家企业上榜，且分别排名20位和29位。 但四川称得上“后起之秀”。四川大学物理学院研究员、博士生导师王俊峰提到，四川的研究团队和企业基本覆盖了量子科技的三大赛道，在各自领域内也有不错成绩。 比如，川内较早涉足量子通信的中国网安自成立以来，系统性开展量子保密通信基础理论探索、关键器件研制、系统集成及组网应用研究，就取得了系列重要创新性成果。 中国网安量子保密通信团队带头人徐兵杰介绍，此前他们自主研发出量子随机数发生器模块/芯片，“近年来，在不断提升系统性能及实用性的同时，我们还积极推进相关技术的落地应用，研制了多个特种领域的首款量子随机数发生器。”此外，在连续变量量子密钥分发方向，该团队还在世界上首次实现了城域范围内百兆量级量子密钥分发，并完成了高速城域网CV-QKD样机系统研制。 采访中，多位业内人士向记者提及，四川虽然发展量子科技较晚，但具有“后发优势”，即根据自身的资源禀赋在量子科技赛道中找准定位。 此前有专家指出，四川在电子器件产业配套上已发展得较为成熟，可以提前介入到量子计算机的配套开发上去。《成都市“十四五”数字经济发展规划》中也提出，围绕量子软件算法、量子精密测量、量子云计算等细分领域和关键技术，进行链条式创新和技术突破，打造成都量子细分领域的后发优势。 中微达信，便是凭借基础性的测控系统硬件，切入了量子计算的赛道。 蓝色的长方形“箱子”堆叠在一起，构成了宏观世界和微观世界“沟通”的窗口——在中微达信，记者见到了其自主研发的量子计算测控系统及组件。“相当于经典计算机的主板、键盘、鼠标。”中微达信副总经理吴峰介绍，在量子计算机的研发过程中，物理学家的想法需要“翻译”成工程问题，最终再转化成进行测控的产品。而公司依托“科学家+工程师”人才体系，在四川电子信息产业的深厚土壤上，很好地搭建起了“经典”和“量子”之间的桥梁。 作为上游企业，经过持续研发积累，中微达信在千比特测控领域形成了成熟的技术和产品，性能指标达到国际先进水平。“量子计算中的叠加和纠缠等状态极易受到外界影响，需要极低温、高真空等环境系统支持，测控系统要做到越来越小、离量子计算机的‘心脏’越来越近。”吴峰表示。 为此，团队在国内率先开展低温量子计算测控芯片技术研究，目前已完成数十款低温测控核心芯片的数次设计流片和测试验证，不断推进千比特低温量子测控阵列芯片产业化，其研发的系列低温低噪声放大器已实现进口替代。 配套之外，四川还瞄准未来，布局量子互联网相关研究。 “以经典信息技术的发展为参照，互联网是计算机技术、通信技术、传感技术等的集大成者。与之相对，量子互联网包含了量子科技的方方面面，具有进行前瞻布局的价值和必要。”周强说。他所在的电子科技大学信息与量子实验室便着力打造量子互联网“试验场”，在全世界范围内首次实现赫兹速率的城域量子隐形传态；不久前，还突破了固态量子存储器容量的世界纪录。 “量”力而行，在“不确定”中找“确定” 量子力学天生具有“不确定性”，而产业发展需要“确定性”。如何在“不确定”中寻找“确定”？记者在采访中发现，资金、平台、人才，仍然是业内呼吁的“补短”方向。 作为接近微观世界的科学，量子科技研究难度极大。曾有比喻，量子卫星“天地实验”，相当于人在万米高空，把硬币扔进地面的一个储钱罐；量子计算机的研究，则像“用原子垒起一座金字塔”。 “相关研究是一个长期且需要稳定投入的过程，缺乏足够的资金支持可能会限制研究的深度和广度，影响科研成果的产出和转化。”李舒啸坦言，在前沿技术领域创新研发中，企业面临的最主要的问题是初期研发投入高，形成收益的周期较长，需要一定的政府支持。 目光投向省外。去年，湖北省设立了20亿元省级量子科技产业投资基金，支持量子科技产业发展，搭建科技成果与产业资本融通对接桥梁，促进科技成果和产业技术转化应用等。 “只有落地应用，一项前沿技术才能找到出路。”王子竹认为，早期的电子信息产业发展路径具有一定的借鉴意义。新兴技术和未来产业的培育发展，需要政府战略规划政策引导，同时，离不开学术界、产业界共同推动及行业应用商业转化等多方要素支持。 具体而言，可以创造条件为量子科技新产品、新技术提供应用场景，鼓励首台（套）应用示范；加快量子科技产品技术换代，支持下游应用单位逐步使用本土化量子科技产品，阶段性应用量子新技术、新产品对现有传统技术产品的升级换代，等等。 王子竹还提到了一个四川可能的发展方向——“量子科技+”。 “比如，量子计算难度大、投入大，可能无法即刻上马，但可以探索与其他领域的结合。”王子竹关注到，四川把人工智能列为今年的1号创新工程。而量子计算机可以加速人工智能所需的机器学习和优化算法，实现更高效、更准确的人工智能应用。 平台方面，四川已依托天府绛溪实验室，建起量子互联网前沿研究中心；电子科技大学量子物理与光量子信息教育部重点实验室也于2023年3月正式获批建设……但总体来看，平台的种类和数量仍有空间。基于此，王俊峰建议，仍需加快组建聚合产学研力量的高层次创新平台。 他山之石，可以攻玉。在众多“后起之秀”中，多位专家反复提到一个城市：深圳。 深圳量子科学与工程研究院，可作为观察窗口之一。作为深圳科技创新行动计划首批启动建设的基础研究机构，该院2018年挂牌筹建，依托南方科技大学进行建设和管理，截至去年初，已经在全球吸引了超过360人的人才队伍，取得了丰硕的科研成果，多次登上《自然》《科学》等国际顶尖期刊。同时，致力于打造国际一流的共享共用和产业化中试中心，陆续建成超导量子计算平台、量子极限传感平台等。2022年，研究院作为建设载体，启动筹建量子信息科学国家实验室深圳基地。可以说，“后起之秀”已加快融入中国的量子版图。 业内人士建议，在合适的时机，四川也可以通过重大专项等有组织科研，促进省内外重点科研团队协同攻关。 此外，尽管近年来有不少领域内人才选择来川“安家”，人才短缺仍是制约四川量子科技产业发展的关键要素之一。 “可遇不可求。”吴峰提到，企业的赛道决定了急需一批同时具有电子信息和物理背景的人才，但目前在学校教育阶段很难满足培养需求，只能在公司内部自主培养，需要投入较大精力和成本。 相关企业表示，建议推动高校与企业合作，基于相关研发的需求，进行针对性培养或选修课程开发。此外，四川可以出台更加优惠的政策，吸引国内外量子科技领域的领军人物和优秀科研团队来川发展。
周强补充，面向广大青少年群体普及“量子科技基础教育”将十分重要。他期待看到，未来，有越来越多的量子科学家和企业家，能够出自四川。来源：四川日报 |
