商界好消息：量子芯片横空出世，量子手机也将诞生！

华为公司夜景

最近一段时间，商界都在关注一件令人十分愤慨的事情：从明天开始，受美国政府的第三次非法制裁，华为公司将无法从美国高通、韩国三星电子公司和我国台湾地区的台积电公司，购入手机 麒麟 高端芯片了。当然，笔者也听到一件高兴的事情，那就是我国科学家已研制出量子芯片，而且量子手机也将问世。由此可见，在不长的时间内，某些国家制裁的大棒就会变成软绵绵的“油条”了。

华为公司与韩国三星公司也是商界合作伙伴

大家知道，这些年我国在量子研究方面，已走在世界的前列。 量子是一个在物理学中常用到的概念，指一个不可分割的基本个体。

量子概念最早是由德国物理学 家 M ·普朗克 在1900年提出的，经爱因斯坦、玻尔、 薛定谔 等人 的完善 。 在20世纪的前半期，初步建立了完整的量子力学理论 ， 绝大多数物理学家将量子力学视为理解和描述自然的基本理论。

中国科技大学常务副校长潘建伟为在作量子信息实验

虽然欧美国家有关 量子力学理论 方面研究比我们开展得早，但中国是后来者居上，以中国科技大学常务副校长、中科院院士潘建伟为代表的量子信息领域的专家，近年来已在量子信息和量子通信实验研究方面取得了可喜的成果。

在经过前期大量的研究工作之后， 2014年潘建伟团队建成了 “ 济南量子通信试验网 ” 。 由他 牵头研制成功 了 国际上 首颗量子科学实验卫星 “ 墨子号 ” ，建成国际上首条量子保密通信 骨干网 “ 京沪干线 ” ，构建了首个空地一体的广域量子保密通信网络雏形，使我国量子保密通信的实验研究 与 应用研究 已 处于国际领先水平。

麒麟 高端芯片

近年来，我国的 华为 、 中兴公司多次 遭到美国 政府的非法制裁，致使 高通 公司对其 芯片断供 等 ，让不少 中 国科技企业都看到自主研发芯片的重要性，只有我们自己掌握了核心技术，那么我们在以后的发展过程中才不会受制于人；于是在国内就掀起了一股发展国产芯片的潮流，一时间，众多的国产科技巨头企业都开始投入重金来进行芯片的研发！

经过不断的 科研攻关 ，国产科技企业在芯片领域也开始取得 新成果 ， 近期 中科大和浙江大学的一个科研团队 对外 宣布：他们已经联手在量子芯片领域取得了突破 。 同时，他们还将最新的研究成果分别发表在《物理评论快报》和《science》上，可以说再一次向世界彰显了我们在量子领域所取得的突 破。

郭国平教授 等科学家研制成功的量子芯片

根据最新的消息显示：中 国 科 技大学 郭国平教授 的团队 已经研发出了半导体量子芯片，并且还打破了世界纪录，让这一芯片一举实现了世界上最快的量子逻辑门 *** 作。除了中科院以外，还有南理工大的一位中国籍科学家也研发出了一款新型的量子通信芯片，它不仅体积小，而且功能强大，甚至还能替代我们传统的手机中所使用的芯片，可以说现在量子手机也将 会 变成现实！ 让我们全力支持中国科学家的行动吧，并期待这一时刻早早到来。

　最近一段时间潘建伟团队捷报频传令人鼓舞！

9月5日，潘建伟在西湖大学首场公开课上，公开宣布了自己研究团队在上周取得的最新研究成果：“就在上个星期，我们刚刚完成了对50个光子的玻色取样，相比谷歌的‘量子优越性’大概可以快100万倍。”

此前8月，潘建伟团队成员朱晓波教授也在中科大上海研究院举办的“墨子沙龙”上表示，中科大团队年内即将实现60比特量子计算，将超越谷歌实现的53比特量子计算水平，并公布了未来十年研发目标即制备一百万比特保真度99.8%的量子计算机。

今年6月潘建伟团队在国际上首次实现基于纠缠的千公里级量子秘钥分发，确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下，依然能实现安全的量子通信，成为量子通信向现实应用的重要突破。

确实如果我国一直是这样的状态是很难超过其他国家的，但是在这个高科技时代，我国自主研发出了量子芯片，对于这种芯片外媒是这样报道的，新加坡南洋理工大学一名中国籍的科学家开发出了一种体积只有正常芯片1％大小的新型量子通讯芯片，这种新型量子芯片在手机领域将受到重视，它的出现为国人研发未来的新手机提供了思路。

这通俗一点来说就是量子手机时代，将不再是空谈。很多小伙伴可能放过“发明家”拆过自己的坏手机，发现手机里面的芯片其实很多，芯片的体积相对来说也比较大。

那么当芯片体积大小被缩小之后，手机里面就会有很多空间被腾出来。这样是不是就可以提高手机电池的蓄电能力呢？装载这样小体积的芯片以后，手机的性能是不是会提高很多？而且芯片不仅仅只能用于手机，还可以用在很多智能体系中，比如说战机的智能 *** 作系统，我国自主研发出“量子芯片”之后，国内一些科技公司已经领先去美国的其他公司

中国量子芯片突然宣布：量子手机变成现实，美国：中国不能独占！

众所周知，随着中国经济的不断发展和崛起，我们在科技领域也取得了不少的突破，但在一些高精尖的科技前沿领域，由于我们起步较晚，同时还受到国外技术封锁的影响，所以导致我们也还有不少的科学技术都落后于西方国家，但是中国的科技企业永不放弃的精神也让我们在科技领域取得了非常不错的成绩！

此前中兴和华为在遭到美国高通的芯片断供以后，让不少国产科技企业都看到自主研发芯片的重要性，只有我们自己掌握了核心技术，那么我们在以后的发展过程中才不会受制于人；于是在国内就掀起了一股发展国产芯片的潮流，一时间，众多的国产科技巨头企业都开始投入重金来进行芯片的研发！

经过不断的努力，国产科技企业在芯片领域也开始取得一个又一个的突破，如今在国产芯片领域，不仅华为研发出了先进的海思麒麟990处理器芯片，而且中科大和浙江大学的一个科研团队也突然宣布：他们已经联手在量子芯片领域取得了突破，同时，他们还将最新的研究成果分别发表在《物理评论快报》和《science》上，可以说这也再一次地向世界彰显了我们在量子领域所取得的突破！

中科大在文章中不仅提到了先进的量子技术，而且还展示了他们在24位量子比特量子芯片上所取得的成绩，可以说一旦我们在量子芯片领域取得突破的话，那么量子手机也将会变成现实，对此，一些西方国家也都纷纷表示羡慕不已，甚至美国科技界的不少人士都表示：中国不应该独占，要分享出来才行，还有不少美国人都认为中国不可能做到，但事实就摆在这里，让我们很是骄傲和自豪！

而根据最新的消息显示：中科院郭国平教授已经研发出了半导体量子芯片，并且还打破了世界纪录，让这一芯片一举实现了世界上最快的量子逻辑门 *** 作。除了中科院以外，还有南理工大的一位中国籍科学家也研发出了一款新型的量子通信芯片，它不仅体积小，而且功能强大，甚至还能替代我们传统的手机中所使用的芯片，可以说现在量子手机也将能变成现实！

与传统的通信技术相比，量子通信技术的特点及优势体现在具有较高时效性、具有较强的抗干扰性、具有较好的保密性、所需信噪比低等。

政策方面，我国出台多项政策推动量子通信发展，2021年开始实行的“十四五”规划提出，要使全社会研发经费投入年均增长7%以上，并把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象。

技术方面，中国量子通信专利数超3000项，领先美国。随着国家逐渐完善量子科技领域的顶层设计，加强技术支持，我国有望成为全球量子信息技术研究和应用的主要推动者。

量子通信较传统通信优势明显

与传统的通信技术相比，量子通信技术的特点及优势体现在具有较高时效性、具有较强的抗干扰性、具有较好的保密性、所需信噪比低等。量子通信线路时延几乎为零，信息传递速度快，过程无障碍量子通信中的信息传输与通信双方之间的传播媒介无关，不受空间环境的影响，具有完好的抗干扰性能

由于量子不可克隆，成为量子密钥的基础，量子密码安全性很高，一般不能被破译相比于传统的通信手段，同等条件下量子通信技术获得可靠通信所需的信噪比低30-40dB。

“十四五”规划推动量子通信发展

我国出台多项政策推动量子通信发展，2021年开始实行的“十四五”规划提出，要使全社会研发经费投入年均增长7%以上，并把量子技术与人工智能和半导体一起列为重点研发对象。

在十四五建设时期要加强关键数字技术创新应用，加快布局量子计算、量子通信等前沿技术，并在量子信息等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局未来产业。我国将构建完整的天地一体广域量子通信网络技术体系，率先推动量子通信技术在金融、政务和能源等领域广泛应用。

2021年3月15-3月21日通信细分板块中只有量子通信上涨3.1%，其他如移动互联、卫星通信导航、区块链、云计算、物联网均下跌。可知通信板块表现下跌，但是量子通信表现最佳，可知量子通信发展势头较好。

中国量子通信专利数超3000项，领先美国

2013年“斯诺登事件”发生后，我国大力研发量子通信和密钥技术，2016年，我国成功发射了世界上第一颗量子科学实验卫星“墨子号”，并获得了千公里级星地量子密钥分发、量子隐形传态以及纠缠分发等多项具有国际领先水平的科学成果。

2020年美国政府提出了打造量子互联网的计划中国也在切实建设量子通信体系，中国科学技术大学2021年1月宣布成功组建跨越4600公里的天地一体化量子通信网络。

据日本信息分析机构VALUENEX，在光量子交换机等硬件相关专利方面，中国优势明显：华为公司拥有100项专利，居世界第二位北京邮电大学拥有84项专利，排在第四位。

在软件方面，中国也拥有很强的实力，中国建设了连接北京和上海的量子通信网，积累了设备开发和应用的知识经验。中国量子通信专利数超3000项，遥遥领先于美国。

量子通信朝着量子互联网发展

量子通信技术是未来保障信息安全的重要手段，是国家重点支持发展的行业。云计算、移动互联网、物联网、大数据等新技术、新应用和新模式的出现，对信息安全提出了新的要求，信息安全牵涉到国家安全和社会稳定，我国已将信息安全提升为国家安全战略。

近年来，我国加快在量子科技领域的发展，相关的科研经费投入，专利申请布局和应用探索等方面都具备较好的实践基础和发展条件。随着国家逐渐完善量子科技领域的顶层设计，我国的量子科技行业或将快速发展，成为全球量子信息技术研究和应用的主要推动者。

更多数据请参考前瞻产业研究院发布的《中国量子通信行业市场前瞻与投资策略分析报告》。

量子通讯在中国发展得红红火火，特别有一位叫潘建伟的科学家，带领其团队取得了一个又一个突破，走在了世界的前列。有人欢呼，也有人反对和冷嘲热讽。

那些反对的人主要是说，量子通讯就是扯淡，是玩概念，根本不可能实现。其中怀疑最大的就是单光子发射和接收，认为光子是世界上最小的东西，到底多小至今无人知道，人类怎么可能能够捉住一个光子发射出去呢？

但事实是，量子通讯还真的就是依靠一个个单光子传输，这样才能够获得无法破解的保密性。但这个单光子并非某些人凭生活常识想象的那样，像捉豆子那样一个个捉到，再把它通过某种d弓类装置发射出去。

量子通讯的三大核心技术为：单光子源技术、量子编码和传输技术、光子检测技术。这其中最重要的就是“捉住”单光子，并把它传输出去。这是如何实现的呢？我们来分享一下。

光子是光量子的简称，是传递电磁相互作用的媒介子，是一种基本粒子，具有规范玻色子性质。光量子的概念是爱因斯坦于1905年首先提出，1926年由美国物理化学家吉尔伯特·路易斯正式命名。

1901年，德国物理学家普朗克发现物质发出能量和吸收能量具有不连续性特征，提出能量是一份一份发出的能量子假设，并计算出了最小能量的常量，被称为普朗克常量，这是量子力学的开山之作。

爱因斯坦从普朗克量子理论中得到启发，1905年发表了《关于光的产生和转化的一个试探性观点》的论文，认为光和原子电子一样也具有粒子性，提出“光量子”理论，完美地解释了光电效应，创立了光电效应定律，由此获得1921年诺贝尔物理学奖。

光子具有所有基本粒子共有的特性，即波粒二象性，以波的形式传播，且是一份一份非连续发出。光子一出生就以每秒约30万千米真空速度运动，永远不会停下来，因此没有静质量，但有动量。每个光子能量为：E=hv=hc/λ，即能量E等于普朗克常数乘以频率。

普朗克常数约等于6.626*10^-34J/s（焦耳/秒）；每个光子的动量为： p=E/c=h/λ。这几个公式里的 λ表示波长，c表示光速，v表示频率，E表示能量，p表示动量。

由此可以看出，各种光子的能量是不同的，波长越短频率越高的光子能量就更强，反之则更弱。光子是宇宙中数量最多的存在，无论是白天还是黑夜，在我们周围都充满了光子，随便手一拍，就有无数的光子打在我们的手心手背上。

我们人类感受这个世界完全是依靠电磁波，也就是所谓的电磁相互作用力，而光子就是电磁波的传递媒介，因此电磁波也可以说是光波的总称。电磁波波长从长到短分别被人们划分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。

这些“光波”人类肉眼只能看到可见光部分，其余波段和频率的“光波”只能用仪器侦测。电磁波的波长从数公里到10^-30米（亿亿亿分之一米以下）不等，无线电波（包括长波、中波、短波、微波）最长，频率最低，能量最弱；伽马射线波长最短，频率最高，能量最强。

电磁波波速为光速，因此波长与频率的关系遵循公式：λ=c/v或v=c/λ。

光子极小，而且极多，一支10瓦的灯泡，发出的能量约10J/s，如果这10J的能量发出的都是可见光波段的话，其波长就约在380~760nm之间，我们去一个平均值为570nm，根据前面的公式，就可以计算出每个光子能量约为3.5*10^-19J，1个10J的灯泡每秒钟发出的光子数就有约2.86*10^19个，就是28.6亿亿个光子。

光本身就携带能量，因此用光通讯早就是常用的方法了。但所谓量子通讯，与常规通讯的最大区别就是安全，是采用单光子传输，理想的单光子源就是每个脉冲中仅含1个光子。

前面说了，随便一束光都有无数光子，科学家们如何从这么多的光子中，把光子分成1个个分发出去呢？这就需要制造单光子源的机器。现代 科技 要制造出单光子源并不难，难的是高质量高效率的单光子源。

理论上，只要通过不断将一个既定能量的光脉冲不断衰减，就能得到所谓的单光子源。如脉动激光器，每个脉冲能量都是一定的，我们知道了既定波段或频率的光子能量，就能够计算出每个脉冲发出的光子数量，通过采用衰减片，将光束衰减足够的倍数，就能够达到每个脉冲所需发出的光子数了。

如某个脉冲激光发射器，原来每个脉冲发出100万个光子，把这束光衰减1000万倍，这样每个脉冲平均发射的光子就只有0.1个了，也就是10个脉冲里可能有1个脉冲会有1个光子，其他9个脉冲没有光子，这样这个脉冲激光器就成为单光子源了。

这种方法理论上还可以再稀释光子倍数，如稀释1亿倍甚至10亿倍，这样，就可能在100个甚至1000个脉冲里出现1次2个光子现象，这样似乎单光子获得率大大提升了。

目前，实验室的单光子源绝大多数是采用这种方法。但这种单光子源光子数服从泊松分布，严格来讲很难实现高效率单光子脉冲。因为这个随机过程并不会以人的意志为转移，有时候会出现1个脉冲包含2个光子的情况，这样就降低了量子通讯的可控性和安全性。

衰减倍数越大，得到单光子的概率会提高，但没有光子的空脉冲就越多，效率就大大降低了。因此，这种傻瓜式的精度提升，与效率背道而驰。

所以， 一个完美的单光子源，需要同时满足确定性偏振、高纯度、高全同性和高效率，这是四个几乎相互矛盾的严苛条件，解决这个矛盾， 这才是技术难点 。

由此，科学家们又研究出许多获得单光子源的方法，其中量子点单光子源是目前比较先进的方法。这种方法可以让量子点稳定地发出单个光子流，与其他单光子源相比，量子点单光子源具有较高的振子强度，较窄的谱线宽度，且不会发生 光退色 。

这种单光子源技术，美国斯坦福大学在2001年就研发出来了，大大降低了第二个光子产生的可能性；2002年东芝和剑桥大学合作，采用量子点结构的LED实现了电注入单光子发射；我国中科院半导体研究所在2007年成功实现了量子点单光子发射。

现在，我国在量子点单光子发射方面已经走在世界前列，以潘建伟院士为首的中科大团队首创了点脉冲共振激发技术，从根本上消除了量子点激子相干效应。采用这项技术，相比之前万分之一激发功率，就可确定地产生纯度为99.5%的高品质单光子，是国际公认制备高品质单光子的利器。

作为一般科普，这里就不过多罗列其中复杂的专业术语了，有兴趣的朋友可以百度搜阅有关资料。

这些技术包括单光子的编码和传输问题、光子检测和接收问题等等。

如单光子编码，就涉及到用偏振还是相位，就是采用偏振片还是半波片、各种干涉仪，如何处理编码过程带来的损耗等等。

远程传输是采用光纤，还是隔空无线传递，能够传递多远，通过什么方法中继，信号如何保持或放大，采取什么样的方式实现量子 密钥分发、量子隐形传态 ，如何解决传输过程中的安全与信号衰减问题。

而在接收终端，就必须有一台精确高效的单光子探测接收装置，也就是说接收到1个光子就能够敏感响应。这一点似乎并不是很难做到，因为人的眼睛只要有10个光子就能够感光，而青蛙的眼睛据说就能够看到单个光子。比较难的是，这个探测器要能够响应合适的波长范围，而且要高效反应，在高噪声环境实现高效通讯。

这些，中国已经取得突破。如 科技 大学郭光灿院士领导的团队与奥地利马库斯·休伯教授合作，成功实现了在高噪声环境下的高维量子通讯；以潘建伟为首的科学团队， 构建了全球首个星地量子通信网 ，实现了跨越4600公里的星地量子密钥分发。

而意大利帕多瓦大学的研究人员，则在2019年就实现了超过20000公里的超远距离单光子交换传输，创造了新的世界纪录，这也证实了微型量子通讯在全球范围内实施的可能性。

从上述介绍可以看出，量子通讯早就已经从实验室推向了 社会 运用，如果还硬要说量子通讯是假的，就是选择性失明，睁开眼睛说瞎话了。

这里多说一句，量子通讯是 基于美国科学家1984年制定的BB84协议和之后改进的BBM92，以及2012形成的MDI-QKD协议，是国际上通用的量子密钥分发协议。其主要目的是 利用量子力学的不确定性原理和量子不可克隆性， 以光子的偏振态作为信息载体来传递密钥， 增加安全通讯的距离。

因此量子通讯与量子纠缠的超距超光速传输的诡异效应没有半分钱关系，如果有人刻意从这方面宣传诱导，将量子通讯神秘化，就有伪科学之嫌了。对此你怎么看？欢迎讨论，感谢阅读。

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