《杭州市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)新增長(zhǎng)點(diǎn)預(yù)測(cè)研究棗量子IT產(chǎn)業(yè)》調(diào)研報(bào)告

《杭市高技術(shù)業(yè)新長(zhǎng)點(diǎn)預(yù)測(cè)研究——量子IT產(chǎn)業(yè)》=

調(diào)研報(bào)告著名的理論物理學(xué)家戴維斯曾經(jīng)預(yù)言：“世紀(jì)是機(jī)械時(shí)代，世紀(jì)在歷史上將被稱為信息時(shí)代我相信21世紀(jì)將會(huì)是量子時(shí)代”量子力學(xué)的誕生深刻地改變了人類社會(huì)在20世紀(jì)推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的核能激發(fā)來(lái)導(dǎo)體等高科技，都源于量子力學(xué)量子信息學(xué)是量子物理與信息科學(xué)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科它涉及物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、通信、工程和材料等多門(mén)學(xué)科。它的未來(lái)發(fā)展勢(shì)必將對(duì)整個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)和工程科學(xué)，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊科技、材料工程、精密測(cè)量技術(shù)量子基礎(chǔ)科學(xué)及信息科學(xué)帶來(lái)一次巨大的變革臺(tái)灣成功大學(xué)張為民教授在《量子信息科學(xué)的發(fā)展與展望》中說(shuō)：如果說(shuō)世紀(jì)的第三次工業(yè)革命是結(jié)合微電子學(xué)技術(shù)超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊網(wǎng)格技術(shù)而形成今天的“電子工業(yè)（半導(dǎo)體工業(yè)）?，F(xiàn)在的第四次工業(yè)革命將是結(jié)合納來(lái)技術(shù)，納來(lái)組件制造技術(shù)與量子計(jì)算機(jī)技術(shù)和量子通訊技術(shù)而形成未來(lái)的“量子工業(yè)”。近10多年來(lái)量子信息論從誕生到迅猛發(fā)展顯示出十分廣闊的科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用前景。這一嶄新的學(xué)科已經(jīng)并正在繼續(xù)大量生長(zhǎng)出許多科學(xué)技術(shù)研究熱點(diǎn)，逐漸形成一片新興廣闊的研究領(lǐng)域，不斷取得引人矚目的輝煌成就。量子信息論的誕生和發(fā)展，不但在科學(xué)方面有著深遠(yuǎn)意義，而且在技術(shù)方面也有著重大影響。它的發(fā)展前景是量子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)（）。它是更新?lián)Q代目前龐大IT產(chǎn)業(yè)的嬰兒。量子信息論可以突破現(xiàn)有信息技術(shù)的物理極限，開(kāi)拓出新的信息功能，為信息科學(xué)的持續(xù)發(fā)展提供新的原理和方法。它是推動(dòng)產(chǎn)生更新?lián)Q代的動(dòng)力，指引IT技術(shù)徹底變革的方向，在這方面大量、迅猛、有成效的探索性研究正在逐步導(dǎo)致各色各樣的新興分支學(xué)科的誕生們必將對(duì)計(jì)民生和金融安全以及國(guó)防技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響。

鑒于信息科學(xué)和技術(shù)是經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的主導(dǎo)力量以及量子信息學(xué)科的宏偉前景，為我們構(gòu)建創(chuàng)新社會(huì)提供了重要戰(zhàn)略機(jī)遇。因此，我們于年

提出《杭州市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)新增長(zhǎng)點(diǎn)預(yù)測(cè)研究——子IT產(chǎn)業(yè)》調(diào)研題目。現(xiàn)就量子信息國(guó)內(nèi)外進(jìn)展情況州市產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界的相關(guān)情況及發(fā)展杭州的建議報(bào)告如下。量子信息是量子力學(xué)與信息科學(xué)交叉融合的新興學(xué)科，目前已完成為世界關(guān)注的熱門(mén)研究領(lǐng)域量子信息是以量子態(tài)作為信息載體的信息的產(chǎn)生儲(chǔ)、傳送和檢測(cè)等均必須遵從量子力學(xué)規(guī)律前的經(jīng)典計(jì)算機(jī)受到經(jīng)典物理原理限制已接近其處理能力的極限而由于量子態(tài)的疊加原理和量子糾纏特性量子計(jì)算機(jī)具有經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的能力及快速的高保密的計(jì)算功能，所以研制量子計(jì)算機(jī)成了全世界人們關(guān)注的話題和研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理的是二進(jìn)制碼信息，比特是信息的最小單位：它要么是0，要么是1，對(duì)應(yīng)于電路的開(kāi)或關(guān)。假如一臺(tái)計(jì)算機(jī)讀入了個(gè)比特的信息，即相當(dāng)于讀入了一個(gè)10位的二進(jìn)制數(shù)（如1010101010這個(gè)數(shù)的每一位都是一個(gè)確定的0或1。量子世界的奇特的性質(zhì)，是不確定性。在量子計(jì)算機(jī)是，一個(gè)比特不僅只有0或者1的可能性它還可以表示一個(gè)0和1的疊加一個(gè)量子比特可以同時(shí)記條0和1。假如讀入10個(gè)量子比特，這時(shí)量子計(jì)算機(jī)所處理的是21010位數(shù)的疊加，這就是說(shuō)，同樣是讀入比特的信息，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)只能處理一個(gè)10位的二進(jìn)制數(shù)，而量子計(jì)算機(jī)，則可以同時(shí)處理

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個(gè)這樣的數(shù)。1994年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖爾（）創(chuàng)造了一種利用量子計(jì)算機(jī)的算法，可以有效地分解大數(shù)比如分解一個(gè)250位的數(shù)字把全世界所有的計(jì)算機(jī)都聯(lián)網(wǎng)一起聯(lián)合工作也要花上幾百萬(wàn)年的時(shí)間，但如果用量子計(jì)算機(jī)只需幾分鐘。2001年IBM的一個(gè)研究組演示了算法，他們用7個(gè)量子比特把15分解成3和5的乘積；2002年斯坦弗和日本科學(xué)家聲稱硅量子計(jì)算機(jī)學(xué)可以利用現(xiàn)在的技術(shù)實(shí)現(xiàn)；2003年馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家成功實(shí)踐相距0.7毫米的兩個(gè)量子比特的糾纏。

我國(guó)清華大學(xué)的量子信息與測(cè)量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室龍桂魯教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組，在2000年、2001年和2002年分別實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)、三個(gè)、七個(gè)量子比特核磁共振量子計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)前國(guó)際上僅有四個(gè)課題組實(shí)現(xiàn)了七個(gè)量子比特的量子計(jì)算，除了清華大學(xué)，還有武漢物理數(shù)學(xué)研究所和美國(guó)的兩個(gè)課題組。制造量子計(jì)算機(jī)的核心任務(wù)是造出可控多位量子比特的量子信息處理器。這里的關(guān)鍵是尋找能夠避免退相干易于控制和規(guī)?；亩辔涣孔颖忍剡@是制約量子計(jì)算機(jī)研制進(jìn)度的主要困難。目前量子計(jì)算機(jī)的研究仍然處于基礎(chǔ)階段，尋找物理上可擴(kuò)展的具有容錯(cuò)能力的“量子芯片”是世界各國(guó)科學(xué)家當(dāng)前奮斗的方向迄今尚未取得重要突破目前主要研究興趣是基于干量子光學(xué)的量子計(jì)算機(jī)和固體量子計(jì)算兩個(gè)方向。研究可以集成到常規(guī)劃計(jì)算機(jī)技術(shù)中的固態(tài)量子邏輯方案似乎更加可行。日本NEC公司的一個(gè)小組最近展示了一個(gè)利用約瑟夫結(jié)超導(dǎo)技術(shù)制作的一個(gè)量子有儲(chǔ)系統(tǒng)在未來(lái)的大約十年時(shí)間內(nèi)這樣的固態(tài)解決方案似乎是研究大家感興趣的量子裝置的最佳方案。關(guān)于量子計(jì)算機(jī)研制進(jìn)度人們持三種態(tài)度：樂(lè)觀結(jié)計(jì)到2010年可以在硅片技術(shù)基礎(chǔ)上制造出多位可控量子比特，從而造出簡(jiǎn)單的臺(tái)式量子計(jì)算機(jī)；穩(wěn)健估計(jì)，可能下在一個(gè)10之內(nèi)，制造出量子計(jì)算機(jī)；持悲觀態(tài)度的人有個(gè)比喻：現(xiàn)在不必作出發(fā)展量子計(jì)算機(jī)的“曼哈頓計(jì)劃”，因?yàn)楝F(xiàn)在還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)“核裂變”。一切都在向好的方向發(fā)展，但量子計(jì)算機(jī)真正運(yùn)用尚需時(shí)日，但是這個(gè)項(xiàng)目還是目前最為熱門(mén)的話題之一。在現(xiàn)今這個(gè)信息時(shí)代，網(wǎng)上交易和電子商務(wù)的浪潮正席卷全球，從政府到平民百姓都越來(lái)越依賴于電腦和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)因此電子安全的問(wèn)題就顯得越來(lái)越嚴(yán)峻。為了安全，對(duì)隱私資料執(zhí)行嚴(yán)格的加密保護(hù)。目前流行的加密算法不少，

但都依賴“大數(shù)不可分解性”。如果把15這個(gè)數(shù)字分解成它的質(zhì)因數(shù)的乘積，很容易得到15=3×5這樣一個(gè)惟一的答案如果要分解一個(gè)很大的數(shù)就遇到了幾乎不可克服的困難。量子計(jì)算機(jī)使得大數(shù)分解不再成為障礙，因此，量子計(jì)算機(jī)使電子安全的前景一片暗淡實(shí)際上并非如此量子論不但給我們提供了威力無(wú)比計(jì)算破解能力同時(shí)也讓我們看到另一種可行性一種永遠(yuǎn)不可以破解的加密方法這是現(xiàn)今另一個(gè)炙手可熱的話題子加密術(shù)密碼可確保保密通訊的絕對(duì)安全性。量子通信在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)已為期不遠(yuǎn)了。近年，量子通訊有重大突破。2004，中國(guó)科技大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室潘建偉教授等過(guò)自由空間糾纏光子在穿透等效于整個(gè)大氣厚的地面大氣后仍能保持其糾纏性并可應(yīng)用于量子通訊這一研究成果為實(shí)現(xiàn)全球的量子通訊奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。目前，已在87公里的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了量子通訊。在歐洲有的銀行、在美國(guó)政府的要害部門(mén)，在局域范圍內(nèi)已經(jīng)使用了量子通訊?，F(xiàn)在，科技界普遍認(rèn)為，“量子信息技術(shù)”（QIT）行業(yè)的出現(xiàn)已為期不遠(yuǎn)了。量子信息，近年來(lái)在理論上和實(shí)踐上取得重大突破，因此，引起各國(guó)政府、科技界和信息產(chǎn)業(yè)界的高度重視。量子通訊理論是年由美國(guó)IBM的研究人員提出來(lái)的目前美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)美國(guó)國(guó)防部等部門(mén)正在著手研究此項(xiàng)技術(shù)并已投入實(shí)用歐盟從年開(kāi)始研究日本從2001年將量子通訊納入十年計(jì)劃。量子密碼的研究已取得重大突破，在光纖量子密鑰分配方面，瑞典科學(xué)家在日內(nèi)瓦湖底實(shí)用光纖上實(shí)現(xiàn)67公里的量子密鑰分配；我國(guó)科學(xué)家解決光纖傳輸?shù)姆€(wěn)定性問(wèn)題，在北京~天津之間125公里實(shí)用光纖中實(shí)現(xiàn)量子密鑰分配；德英科學(xué)家在自由空間中實(shí)現(xiàn)了23.4公里的量子密鑰分配。目前量子密碼研究方向是低誤碼率、高比特率、網(wǎng)絡(luò)化和運(yùn)程傳輸。目前美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)國(guó)國(guó)防部等部門(mén)正在著手研究此項(xiàng)技術(shù)年在美國(guó)國(guó)家工程院第八屆工程前沿研討會(huì)上發(fā)表的論文覆蓋個(gè)領(lǐng)域其中之一就是量子信息工程學(xué)技術(shù)2004年6月美國(guó)和奧地利物理學(xué)家在英《自

然雜志上分別報(bào)告他們首次在沒(méi)有任何物理連接的情況下實(shí)現(xiàn)了原子間的量子態(tài)隱形傳輸專家認(rèn)為該成果證實(shí)了量子信息的有關(guān)理論預(yù)言和該領(lǐng)域的潛在能力。我國(guó)政府有關(guān)部門(mén)和科技界已把“量子信息學(xué)”列入國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院和國(guó)家科技部基礎(chǔ)性研究特別資助項(xiàng)目編入國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃。2006年2月10日，國(guó)務(wù)院公布了“國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）。我國(guó)政府已把量子調(diào)控作為重大科學(xué)研究計(jì)劃列入發(fā)展規(guī)劃綱要，“我們政府根據(jù)世界科學(xué)發(fā)展趨和我國(guó)重大戰(zhàn)略需求，選擇能引領(lǐng)未來(lái)發(fā)展，對(duì)科學(xué)和技術(shù)發(fā)展有很強(qiáng)帶動(dòng)作用，可促進(jìn)我國(guó)可持續(xù)創(chuàng)新能力速迅提高……重點(diǎn)部署四項(xiàng)重大科學(xué)研究計(jì)劃這些方向的突破可顯著提升我國(guó)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力大力促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)跨越……以微電子為基礎(chǔ)的信息技術(shù)將達(dá)到物理極限，對(duì)信息科技發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，人類必須尋找新出路，而以量子效應(yīng)為基礎(chǔ)的新的信息手段初露端倪正在成為發(fā)達(dá)國(guó)家激烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)量子調(diào)控就是探索新的量子現(xiàn)象發(fā)展量子信息學(xué)…量子通信……構(gòu)建未來(lái)信息技術(shù)理論基礎(chǔ)，具有明顯的前瞻性，有可能在—30年后對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生難以估量的影響?！苯?，量子信息學(xué)在理論和實(shí)驗(yàn)上都取得重要突破，因此引起各國(guó)政府、科技界和信息產(chǎn)業(yè)界的高度重視，在我國(guó)學(xué)術(shù)界取得一系列開(kāi)創(chuàng)性成果。中國(guó)科技大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室潘建偉教授等人，通過(guò)“自由空間糾纏光子的分發(fā)”在國(guó)際上首次證明纏光子在穿透等效于整個(gè)大氣層厚度的地面大氣后，其糾纏物性仍能保持，并可應(yīng)有于高效、安全的量子通信。這一研究成果為實(shí)現(xiàn)全球化的量子通信奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)項(xiàng)成果在國(guó)際上被譽(yù)為“是一項(xiàng)相當(dāng)了不起的成就”。該實(shí)驗(yàn)室正計(jì)劃開(kāi)展更遠(yuǎn)距離的量子通信實(shí)驗(yàn)一步目標(biāo)是通過(guò)自由空實(shí)現(xiàn)幾百公里的量子通信越光纖傳輸?shù)臉O限，他們希望通過(guò)通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離乃至全球的量子通信。有朝一日能成為現(xiàn)實(shí)。

潘建偉教授在量子信息論和量子論基本問(wèn)題等世界學(xué)術(shù)前沿領(lǐng)域取得的成果，被中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院評(píng)為2003、年度中國(guó)十大科技進(jìn)展，并先后七次被歐洲物理學(xué)會(huì)和美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)為年度世界物理學(xué)重大進(jìn)展中國(guó)科協(xié)2005學(xué)術(shù)年會(huì)上，潘建偉教授獲得了“求是杰出科學(xué)家獎(jiǎng)”。我國(guó)，已建立了國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：清華大學(xué)有二個(gè)、中國(guó)科技大學(xué)一個(gè)，中科院物理所、武漢物理數(shù)學(xué)所、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、湖南國(guó)防大學(xué)、山西大學(xué)等校和科研部門(mén)都紛紛上馬開(kāi)展理論與實(shí)驗(yàn)研究。香港中文大學(xué)，在世界著名物理學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者楊振寧教授的支持幫助下組建了量子信息研究所在2005年12香港中文大學(xué)召開(kāi)了量子信息及相關(guān)學(xué)科的國(guó)際研討會(huì)州師范學(xué)院的李秀林教授和李陽(yáng)博士收到大會(huì)的邀請(qǐng)函浙大也有教師赴港參加學(xué)術(shù)交流杭州的學(xué)術(shù)界早已關(guān)注這一領(lǐng)域并著手開(kāi)展研究。2005年4月浙大計(jì)算機(jī)學(xué)院副院長(zhǎng)吳朝輝教授邀請(qǐng)中國(guó)科大特聘教授奧地利科學(xué)院通訊院士張永德先生來(lái)浙大講學(xué)并與李秀林教授等人研討了浙江開(kāi)展量子信息的問(wèn)題。杭州市領(lǐng)導(dǎo)王國(guó)平書(shū)記指出杭州是發(fā)展“產(chǎn)業(yè)的風(fēng)水寶地”技界也非常看好杭州，有關(guān)科技團(tuán)體決定2006年，在杭州召開(kāi)一次國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)，擬請(qǐng)國(guó)外專家10人國(guó)內(nèi)將有10余名院士和130多位學(xué)者專家到會(huì)研討量子信息及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展會(huì)議擬由浙大和杭師院主辦四月份在桂林召開(kāi)預(yù)備會(huì)議建議市科技局派人去一起研究如何開(kāi)好這次會(huì)議此會(huì)不僅能提高杭州城市的知名度，而且必將會(huì)有力地推進(jìn)杭州的“天堂硅谷”建設(shè)。量子信息，目前處于原創(chuàng)階段，是創(chuàng)建自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的最好時(shí)機(jī)。量子通訊在大范圍實(shí)現(xiàn)看來(lái)為期不遠(yuǎn)了技界估計(jì)在“十一五”的后期可形成“量子IT產(chǎn)業(yè)”的雛形。量子信息學(xué)的這種潛在的宏偉產(chǎn)業(yè)前景，為我們構(gòu)建創(chuàng)新社會(huì)提供了重要戰(zhàn)略機(jī)遇。杭州市長(zhǎng)孫忠煥強(qiáng)調(diào)，“十一五”期間，杭州進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)由投資導(dǎo)向型向創(chuàng)新導(dǎo)向型轉(zhuǎn)變們要以創(chuàng)新發(fā)展的精神編制“十一五”規(guī)劃。

量子信息技術(shù)作為高新技術(shù)，對(duì)我們打造“