我國量子信息技術整體水平處于世界第一梯隊，與最發達的美國、歐盟、日本相差不大。

具體領域上，我國在量子通信上處于國際一流水平，在量子計算與量子精密測量上相對落後。

所以，我國並非在整個量子信息領域領先世界。

那在具體領域，我國領先多少？又落後在哪呢？

量子計算：追趕

量子計算：量子計算以量子比特爲基本單元，利用量子疊加和幹涉等原理，通過量子態的受控演化實現數據的存儲計算，具有經典計算無法比擬的巨大信息攜帶和超強並行處理能力，可以在特定問題上相對于經典計算提供指數級加速，爲若幹大規模計算難題提供了解決方案。

量子計算機架構

量子計算技術所帶來的算力飛躍，有可能成爲未來科技加速演進的催化劑，一旦取得突破，將在基礎科研、新型材料與醫藥研發、信息安全與人工智能等經濟社會的諸多領域産生顛覆性影響，其發展與應用對國家科技發展和産業轉型升級具有重要促進作用。

由于量子計算在整個量子信息科學領域中屬于最具挑戰性的工作，在數十年前，實用化道路也不明朗，我國對量子計算方面的研究與布局相對落後。

但近年來，隨著全球量子計算不斷突破技術瓶頸，我國對量子計算的研究也在不斷加碼，奮力追趕歐美先進國家

科研上相差不大

隨著量子計算從理論走向實現，全球論文發表量持續增長。

從全球主要發文機構來看，中國占據三席，分別是中科院、清華大學、中國科學技術大學，高校和科研院所是中國量子計算的核心研發力量。

量子計算領域論文發表趨勢及主要發表機構

但對比歐美國家，他們的研發主體不僅有高校院所，還有IBM、Google、微軟等科技巨頭。

專利上，2012年之前，全球量子計算領域專利數量增長較爲平穩，專利申請主要來自美國和日本。

量子計算領域專利申請及授權情況

2012年開始，隨著全球量子計算競爭加劇，各大科技巨頭、科研機構紛紛加大投入與研發力度，專利申請數量明顯增長。

美國由于前期布局與申請時間長，在專利數量與增長勢頭上占據優勢，但我國今年來的增長勢頭更爲強勁。

綜合論文與專利數量上看，我國量子計算在科研上與歐美國家還是有著3-5年的差距，但正在不斷追趕。

産業化發展差距在拉大

量子計算的研制屬于巨型系統工程，涉及衆多産業基礎和工程實現環節，我國在高品質材料、工藝結構、制冷設備和測控系統等領域仍落後于領先國家，在關鍵環節甚至面臨著受制于人，被卡脖子的風險。

自中美貿易戰爆發以來，美國不斷限制對中國的高技術産品出口。

2019年12月，美國商務部的一份內部文件提出，未來將限制向中國等美國在量子計算上的競爭對手出口稀釋制冷機。稀釋制冷機是基于超導、自旋和拓撲量子比特技術的量子計算機的主要組成部分。

一旦被限，中國的量子計算研究將面臨重大挑戰。

2019年12月，本源量子與中船鵬力宣布合作研制用于量子計算機的超低溫制冷設備，填補國內該領域的空白。

我國量子計算的研發主體主要是高校和科研院所，産業化與市場化布局明顯落後于領先國家。

這使我國的量子計算發展仍以做科研、發論文爲導向。而歐美先進國家産學研用一體的研發模式，使得他們能調動各方資源，充分競爭，實現量子計算的快速發展。

2019年1月，IBM宣布推出全球首台脫離實驗室環境的量子計算機IBM Q System One；2019年10月，谷歌就宣布使用Sycamore量子芯片實現“量子霸權”；2020年3月，霍尼韋爾稱將在3個月內推出量子體積達到64的量子計算機。

量子計算領域科技公司和初創企業分布

目前，我國參與量子計算研發的商業公司明顯少于歐美，在硬件領域更是僅有本源量子等少數企業涉足。

而在軟件領域，雖然我國BATH等科技大廠都在參與開發，但除了QPanda等少數具有完全自主知識産權，多數國産量子軟件幾乎就是照搬了國外的開源軟件。

2017年10月，國內本源量子、清華大學、阿裏巴巴都發布了量子計算雲平台，供用戶體驗量子編程。

但目前，僅有本源量子雲平台能夠提供正常服務。

國內量子計算機遇與挑戰並存

從全球範圍來看，量子計算目前仍處于發展初期，雖然我國在産業化上相對落後，但與歐美國家並沒有明顯代差。

雖然國外在量子計算機研制的部分指標如量子比特數目上領先國內，但仍無一種技術路線能夠完全滿足量子計算實用化的迪文森佐標准，即（1）可編程的量子比特；（2）量子比特有足夠的相幹時間；（3）量子比特可以初始化；（4）可實現通用的量子邏輯門集合；（5）量子比特可被測量讀出。

同時，真正能夠發揮量子計算處理能力的“殺手級應用”還未出現。

這些挑戰是全世界科學家面對的問題，但也爲我國量子計算的發展提供了機遇。

隨著我國對量子計算的頂層規劃逐步完善，通過政策引導社會資本參與量子計算研發，各方投入不斷加碼，上下遊産業鏈正在逐步形成。

用我國著名量子信息學家郭光燦院士的話來說“只有實現通用量子計算機，才是真正的領先。”

量子通信：一流水准

2016年8月，中國發射了墨子號量子科學實驗衛星，並在後期的實驗中實現了洲際量子保密通信

量子通信是利用量子比特作爲信息載體來進行信息交互的通信技術。

量子通信有兩種最典型的應用方式：量子密鑰分發和量子隱形傳態。

量子密鑰分發可以提供原理上無條件安全的通信手段，是首個從實驗室走向實際應用的量子信息技術。量子隱形傳態可以用來傳輸任意未知的量子態，同時也是是遠距離量子密鑰分發所需的量子中繼的重要環節。

由于我國面臨複雜的信息安全形勢，在軍事、政務、金融和關鍵基礎設施等領域，對提高信息安全保障能力的需求較爲迫切。國家對于量子保密通信的布局與研究起步較早，投入也較大。

我國的量子保密通信試點應用呈現出明顯的需求牽引、政策驅動、快速發展等特點。

國內外都在不斷突進量子通信的實用化研究。

2018年，歐盟量子旗艦計劃成立量子互聯網聯盟(QIA)，由代爾夫特理工大學牽頭，采用囚禁離子和光子波長轉換技術探索實現量子隱形傳態和量子存儲中繼，計劃在荷蘭四個城市間建立全球首個光纖量子隱形傳態實驗網絡。

而中科大潘建偉院士團隊已經開展了“京滬幹線”和國家光宇量子保密通信骨幹網絡建設；中科大郭光燦院士團隊聯合相關企業建設了從合肥到蕪湖的“合巢蕪城際量子密碼通信網絡”等。

而在量子密鑰分發(QDK)技術上，國內外團隊也在不斷刷新傳輸距離和密鑰成碼記錄。

2018年，東芝歐研所實現了550公裏低損耗光纖傳輸。

而到了2020年3月，中科大潘建偉院士團隊突破遠距離獨立激光相位幹涉技術，分別實現了500公裏量級真實環境光纖的雙場量子密鑰分發（TF-QKD）和相位匹配量子密鑰分發（PM-QKD）。

加州理工學院主導的inqnet量子技術聯盟

據有限的公開資料報道，美國加州理工學院與JPL實驗室（噴氣推進實驗室）也在開發星地之間的高速混合量子通信系統。

目前，我國量子保密通信試點應用項目數量和網絡建設規模已處于世界領先水平，並且已經得到了初步的産業化發展，形成了一批以國盾量子、問天量子爲代表的商業公司。

同時，量子通信也面臨著量子存儲和量子中繼技術尚不成熟、商用量子密鑰分發系統傳輸能力和安全成碼率有限、産業化動力不足等問題。

量子精密測量：跟隨

量子精密測量是用量子化方法提高七個基本物理量（長度、質量、時間、電流、溫度、物質的量和發光強度）的測量精度。

得益于量子效應，量子精密測量能在諸如時間、重力、磁場、成像、遙感等領域，提供比現有技術更高的測量靈敏度、精度和速度。

量子精密測量技術將在下一代時間基准、精確導航、基本物理常數測量、粒子探測、核磁共振成像、遠程目標識別、全球地形測繪、引力波或暗物質的感應探測等廣泛領域發揮重要作用。

量子測量主要應用領域和技術體系

目前量子精密測量領域的世界紀錄大多由歐美國家保持。從論文和專利數量看，美國領先，中國第二，日、韓、英、德等國跟隨。

從研究成果上來看，在量子慣性導航領域，核磁共振陀螺和SERF陀螺實用化程度最高，美國在小型化和工程化方面處于領先地位。我國中科大、北航、33所等研究機構部分成果能夠達到國際先進水平，但在小型化與工程化上仍有差距。

在量子磁場測量上，美國保持著磁場檢測精度世界紀錄(0.16fT/Hz^1/2),

我國北航、中科大、浙大處于世界先進水平。在量子重力測量上，美國保持重力探測靈敏度世界紀錄(3e-11g/HZ^1/2),我國距世界先進水平還有一定差距。

在量子目標識別領域，美國起步較早，2012年已有樣機實驗，我國差距較大。而在量子時間基准領域，我國與先進水平差距正在縮小。

我國量子精密測量在系統工程化和實用化仍有待探索，科研成果轉化應用機制不成熟，産業合作和推動力量有限。

量子精密測量有巨大的發展潛力和廣闊的市場前景，我國在該領域某些關鍵技術上仍處于跟隨階段，與世界先進水平的指標參數仍有數量級的差距。

結語

我國在量子信息技術領域的研究和應用起步稍晚，但與國際先進水平沒有明顯代差，在量子計算、量子通信和量子精密測量三大技術領域均有相關研究團隊和商業公司參與。

但我們需要看到與國外先進水平的客觀差距，不能因爲某一領域的暫時領先而忽視整個量子信息領域的競爭。

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