芯片之后中美量子争霸战打响，中国团队声量大，美国成果都在幕后

　　文 | 《财经天下》周刊 牛耕

　　编辑 | 赵艳秋

　　量子通信正成为芯片之外又一炙手可热的行业。

　　据工商信息显示，中国已经有4200多家经营范围含“量子”的公司，其中85%注册于5年内，完全不亚于最近两年的“芯片公司注册热潮”。曾对簿公堂的国盾量子和九州量子，前者股价在12月初连涨1周，后者连涨超过10天。甚至最高领导层，也在不久前集体学习了量子科技。

　　在资本市场掘金热背后，是一场可能关乎国家安全的竞赛。

　　12月10日，九章量子计算机原型问世，其求解数学算法高斯玻色取样的速度，比目前最快的谷歌超级计算机还要快100万亿倍。而在此之前，全球最顶尖的科技公司，从IBM、谷歌到阿里巴巴，都已花费数年研究量子计算机。业内普遍的共识是，当量子计算成功应用后，所有现存的加密算法都将不堪一击，唯一能抵御的是利用同样粒子微观特性，对信息进行加密的技术，即量子通信。

　　中国量子通信带头人、中国科学院院士潘建伟曾将量子计算和量子通信比喻成“矛与盾”。此前，中国的“矛”并不锋利，但“盾”已世界领先。而如今，战事又在升级。美国已改变它在量子通信，也就是“盾”上最初颇为保守的做法。中美量子争霸战已拉开序幕。

　　始于40年前的夏夜

　　1983年6月，郭光灿作为访问学者，参加在美国纽约州罗切斯特大学举办的“相干和量子光学会议”。这已经是第四届会议，量子科技正成为一门显学，但对中国学者来说还相对陌生。

　　就在这届学术会议期间，几名中国学者聚集在其中一人的家里，吃着西瓜，彻夜交流。“大家都很激动，觉得这是一个全新的领域”，后来有人回忆说，当时就有人表态，要回国开展这一方向的研究。

　　1984年，回国后的郭光灿向中科大争取到2000多元经费，在安徽滁州召开了全国第一届量子光学学术会议。这成为中国量子光学的发端。许多年后，郭光灿将成为这一领域的泰斗，并将另一位大将潘建伟引回国内。

　　而当时的潘建伟还在浙江读高中。1987年，潘建伟考入中科大近代物理系，将量子物理作为本科毕业论文的方向。毕业后，当同学们都纷纷赴美留学，潘建伟却心心念着奥地利的一位量子物理权威，安东·塞林格。

　　彼时塞林格刚发现了一个关于多个粒子纠缠的重要定理，开始在奥地利建立自己的量子实验室。他急需一名助手验证自己的实验猜想。恰恰此时，他见到了潘建伟。

　　塞林格问潘建伟，你的梦想是什么？对眼前实验室惊叹不已的潘建伟直接回答说，“在中国建立一个像您这样的、世界领先的实验室”。许多年后，夙愿成真。塞林格感叹道，“我一直相信他会前程似锦，但没想到居然如此成功。”

　　1999年，30岁出头的潘建伟在奥地利拿到实验物理学博士学位，随后返回中科大，开始建立量子物理与量子信息实验室。两年后，郭光灿则成立了中国科学院量子信息重点实验室。两个实验室都专注在量子通信的研究上。

　　“幸运的是，2000年，中国的经济开始起飞，因此进行高质量科学研究的时机突然到了。”《自然》杂志当时援引潘建伟的话报道。

　　量子通信的研究可能会带来全新的、完全安全的信息传输方式。简单来说，如果将“信息加密”和“密钥”比喻成“保险箱”和“钥匙”，那么在量子通信中，采用了“相互纠缠的光子”作为钥匙，而光子是最小的光粒子。通过这种方式传输的钥匙，即使被截获也能被收发信人发现，这就像发觉贴在保险箱上的封条已被破损一样。潘和其他学者的目标，是将钥匙尽可能传输到更远的距离。

　　在业内人士看来，潘建伟和郭光灿的实验室，同样是采用QKD（量子密钥分发），同样是采用BB84协议。但潘的编码方式是基于光的偏振，郭则基于相位。这后来也成为潘和的公司，国盾量子和问天量子的技术路线差别。

　　郭

　　最初回国时，潘的工作相比他的师傅塞林格，并没有那么耀眼。但潘很快找到了“弯道超车”的办法。要做量子通信，需要光学、冷原子物理、电子学、真空等诸多人才。潘根据自己学生所长，将他们分派到全球各大量子研究中心进修。“然后他们也都愿意回来。”潘组里的一位学生说。这一步棋证明潘建伟极具远见，让其实验室后来产生了巨大的爆发力。

　　在接下来的7年中，在潘建伟团队的努力下，“钥匙”的传输距离不断拉长：先是在合肥本地进行光纤传输实验，然后是在北京长城以及青海，最终在2012年超过97公里，打破了世界纪录。此后，潘又开始研究通过卫星分发纠缠的光子。

　　真正改变格局的，还有一件大事。2009年，潘建伟团队在合肥建成了覆盖城区的量子通信网络，包括46个节点，这标志着城域量子通信网络已经成熟。安徽省政府、中科院随后拍板，潘建伟和郭光灿分别参与创办了两家公司，即国盾量子和问天量子，希望将量子通信推向产业化。

　　国盾量子的项目总监周雷，也是在那个时候加入的公司。他回忆说，最初全公司才十几二十个人。在与课题组老师的一番谈话之后，当时刚刚博士毕业的他，选择加入公司，开启了产业化的十余年征途。

　　但即使他可能也无法料到，公司的骨干们如今不仅即将上亿身家傍身，也将成为国与国竞争的弄潮儿。

　　中国的投入让美国同行眼红

　　“中国对发展这项技术有一个经过深思熟虑的战略。”美国量子通信公司Qubitekk总裁兼CEO邓肯·厄尔在媒体上评价说。相比中国投入的数亿元真金白银，美国政府和产业界曾长期认为“量子加密不过是一项科学实验”，因此研究人员的精力一直集中在使用数学构建新的、可对抗量子计算机的方法，而没有规划建设新的基础设施。

　　在中国，2013年，“京沪干线”量子通信网络立项，全长2000多公里，连接北京和上海，贯穿济南和合肥，也是世界上第一条量子保密通信干线。这条干线耗资5.6亿元，由国家发改委和地方政府承担。

　　“建设京沪干线，国家下了很大的决心。”国盾量子员工回忆，这也成为这一领域公司发展的转折点。

　　2015年，中科院干脆将量子通信列入了“率先行动”计划的战略必争领域，在“十三五”规划中启动了战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”项目，完成“京沪干线”的申报和建设。

　　2016年，重量超过600公斤、名为“墨子”的量子科学实验卫星在戈壁沙漠上发射，这颗为了纪念公元前5世纪中国哲学家、科学家墨子的卫星，成功实现了北京与维也纳之间使用量子加密技术的视频通话，将距离扩大到了创纪录的7451公里。同年，经过四年规划和建设，北京和上海之间的专用量子通信网络也建成投入使用。

　　2017年，京沪干线与墨子号实现“天地互连”，标志着中国进入量子通信广域网阶段。这是全世界还没有任何国家能实现的壮举。这一成果让全世界科学家眼红不已。

　　在国家资源到位后，中国科学家也抓住了机会，迭代技术的速度让全世界瞩目。2016年“墨子号”上天时，卫星重达640公斤，只是验证了卫星能够传输量子纠缠光子，并未达到实用阶段，产生密钥的速度也并不乐观。但2020年6月，国际学术期刊《自然》杂志上，中国科学家公布的最新研究表明，他们已提高了密钥产生的速度，降低了错误率，足够搭建“可以抵抗攻击的安全通道”。

　　“这是一个重要里程碑”，密切关注中国进展的邓肯·厄尔表示，“正是技术的规模使这一点变得如此重要。他们是一个不可思议的团体。”而潘建伟认为基于这些研究，可以将卫星设备的重量降低到几十公斤，将地面设备的重量从10余吨降低到约100公斤，从而真正为商业化应用打开大门。

　　当然，这些研究也为潘建伟赢得了殊荣：27岁时研究成果位列《科学》杂志“年度全球十大科技进展”、《自然》杂志“百年物理学 21 篇经典论文”，31岁成为中科大教授，41岁成为中科院最年轻院士，2017年跻身《自然》杂志年度十大科学人物。

　　在为量子通信谋得一张“饭票”上，中国学者也。郭光灿最初为量子通信找应用，找的不是军队或政府部门，而是中国银行这样有商业业务需求的单位。潘建伟团队在跟银行和银监会讨论过后，对方非常激动，因为“北京到上海的2000多公里光纤，原本要保护所有的点，现在只用保护几个中继就好了”。

　　独居慧眼

　　2020年11月，国盾量子与中国电信共同筹划的“量子加密手机”也刷屏媒体。有国盾量子人士称，这是利用SIM卡内的算法和密钥，加密用户的语音信息。虽然“是否大规模推广还要看中国电信”，但这台设备已经让量子通信在广大消费者群体中抓了一波眼球。

　　当然，在量子通信产业化的过程中，时不时也飘过几朵乌云。

　　曾有文章质疑京沪干线是“带病上岗”，以及量子通信有成码率低、通信容易被阻断等问题。至今，量子通信的应用价值仍在公众间众说纷纭。

　　但不得不提的是，量子科学是天生的“活靶子”，饱受民科和公众“盯梢”。在郭光灿院士申请项目时，就曾被人质疑是“伪科学”。一些安全专家也对量子加密的有效性抱持怀疑。因为这种技术太新，还没有经受过任何密码学家认可的严格测试。

　　2017年，潘建伟手下一员大将——国盾量子董事长彭承志发表文章，称九州量子董事长郑韶辉威胁要“锤杀他妻女”，双方最终对簿公堂，更是把量子通信推向风口浪尖。

　　郑韶辉出身浙江国资背景，后通过神州量通，与国盾量子共同参与“沪杭干线”建设。此外，郑韶辉控制的云鸿投资直接入股国盾量子。但入股价格50元/股最终变更为36元/股，节省出的3234万元，由云鸿投资“借”给了包括国盾量子董事长彭承志在内的9名高管。

　　郑韶辉出钱，潘建伟出人，原本应当成为一桩美谈。但郑韶辉的九州量子在2016年6月登陆新三板，以300亿元市值收割了一波“量子科技”韭菜后，彭承志团队便与九州量子撇清关系。

　　根据郑绍辉及云鸿投资的说法，此后，潘建伟等股东又从国盾量子套现数亿元，让金融从业者担忧“技术团队的入股资金是向基金借的（云鸿投资），自己却先套现，无法向基金交代”。郑韶辉眼见潘团队套现，希望对方先还3234万元借款，遭到拒绝后便有了“威胁锤杀”一幕。

　　这场罗生门，“让我们今天都在填这个坑”。有国盾量子中层员工说，他们很担心量子通信被认为是骗钱割韭菜的，最终毁掉这个不成熟的产业。“如果今天再发生，我们会有更成熟的处理方式。”

　　2019年3月，偏重于硬核科技和基础技术的科创板开闸，为需要长期投资的量子通信又添了一把火。2020年7月，国盾量子登陆科创板，首日涨幅超过1000%，创科创板上市首日涨幅之最，至今股价与上市时齐平。“我们的财务状况之前也很难过。”有国盾量子员工说。资本市场的看好，让这家公司能够不必担心温饱，安心做产业化。

　　由于中国在量子通信取得的进展，其在标准制定上也有获得优势。目前，国内公司与ITP（国际电联）和ISO（国际标准化组织）都有合作，甚至ITO量子技术焦点组的主席都是中国人，即中科大张强教授。

　　中美量子争霸战

　　在光鲜亮丽的成果背后，中国量子通信产业仍有“窘迫”之处。中国稍有松懈，其他国家便会抓住一切机会赶超。

　　在中国，国盾量子和问天量子已经是最具技术能力的两家设备公司。截至2018年底，中国建成的7000多公里量子通信网络里，有超过6000公里使用了国盾量子产品，超过700公里使用了问天量子产品。但令人尴尬的是，刚上市的国盾量子仍在亏损。

　　按照2020年10月三季报，国盾量子前三季度亏损2268万元，同比稍有收窄。而与之合作，同样由国科控股、中科大和潘建伟技术团队成立，承担网络建设和运营工作的国科量网，一度在2019年年中资不抵债。

　　“国内研发力量主要在这两家公司。”有行业人士称。另一家受到关注的中创为量子，实际是从国盾量子购买过产品逐渐发展而来。，主要是做市场化工作。而九州量子目前已渐无声量。

　　甚至人才之战都透露了量子通信领域的“落寞”。彭承志曾回复要去竞争对手处工作的学生，“工作确实不太好找，你要去便去吧。”

　　根据相关报道，国家发改委在京沪干线建成后，又建设国家广域网一期，把北京—武汉—广州连接起来，大约3000公里左右。但即便如此，业内人士称，相比移动通信技术，量子通信连1G都不到，仍是一个非常小的市场，并且处于早期投资阶段。未来，只有设备小型化、芯片化后，与现有通信网络融合，才可能真正打开广阔天地。

　　在中国公司艰难求存的同时，其他各国在奋起直追。虽然美国对量子通信的研究和应用很多都在军方，隐藏在幕后，但在看到中国的做法和最近量子通信取得进展后，也来势汹汹。毕竟，这是一场可能影响国家安全的竞赛。

　　2020年7月，美国能源部发布了一份报告，提出发展国家量子互联网的蓝图战略。报告称，处于发展初期的量子互联网对科学、工业和国家安全等至关重要的领域将产生深远影响。

　　在这个规划中，美国能源部甚至调动了17个美国国家实验室，来充当骨干力量。美国能源部长丹·布劳耶特（Dan Brouillette）说：“通过构建这项新兴技术，美国将继续致力于维护和扩展我们的量子能力。”

　　今年2月，由美国能源部资助的芝加哥52英里“量子环”建成，让美国成为建设最长陆基量子网络的国家之一。外媒称，它也许“会让中国使用的网络相形见绌”。

　　2020年7月23日，美国能源部还宣布选择芝加哥量子交易所作为第一个致力于发展量子互联网的美国能源部量子中心。这是一项耗资1.25亿美元，为期五年的量子中心计划。

　　除了国家项目，根据媒体报道，美国量子通信公司Quantum Xchange和Qubitekk也在迅速将量子通信技术商业化。Qubitekk使用量子加密技术来保护田纳西州的电网，Quantum Xchange在美国东北部建设一个量子加密网络，希望为华尔街的银行和其他企业提供服务。与此同时，欧洲ID Quantique、日本东芝和NEC、韩国SK等也在试图建设量子通信网络。

　　“美国的成果都在幕后，日韩则利用芯片优势，与欧洲合作在做。”有业内人士说，尽管中国的量子通信研究，以潘建伟团队为代表，在国际上占据很大声量，但在这场战事升级的战争中，中国不可掉以轻心。

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