芯片之後中美量子爭霸戰打響，中國團隊聲量大，美國成果都在幕後

文 | AI財經社 牛耕

編輯 | 趙艷秋

量子通信正成為芯片之外又一炙手可熱的行業。

據工商信息顯示，中國已經有4200多家經營範圍含“量子”的公司，其中85%註冊於5年內，完全不亞於最近兩年的“芯片公司註冊熱潮”。曾對簿公堂的國盾量子和九州量子，前者股價在12月初連漲1周，後者連漲超過10天。甚至最高領導層，也在不久前集體學習了量子科技。

在資本市場掘金熱背後，是一場可能關乎國家安全的競賽。

12月10日，九章量子計算機原型問世，其求解數學算法高斯玻色取樣的速度，比目前最快的谷歌超級計算機還要快100萬億倍。而在此之前，全球最頂尖的科技公司，從IBM、谷歌到阿里巴巴，都已花費數年研究量子計算機。業內普遍的共識是，當量子計算成功應用後，所有現存的加密算法都將不堪一擊，唯一能抵禦的是利用同樣粒子微觀特性，對信息進行加密的技術，即量子通信。

中國量子通信帶頭人、中國科學院院士潘建偉曾將量子計算和量子通信比喻成“矛與盾”。此前，中國的“矛”並不鋒利，但“盾”已世界領先。而如今，戰事又在升級。美國已改變它在量子通信，也就是“盾”上最初頗為保守的做法。中美量子爭霸戰已拉開序幕。

始於40年前的夏夜

1983年6月，郭光燦作為訪問學者，參加在美國紐約州羅切斯特大學舉辦的“相干和量子光學會議”。這已經是第四屆會議，量子科技正成為一門顯學，但對中國學者來說還相對陌生。

就在這屆學術會議期間，幾名中國學者聚集在其中一人的家裡，吃着西瓜，徹夜交流。“大家都很激動，覺得這是一個全新的領域”，後來有人回憶說，當時就有人表態，要回國開展這一方向的研究。

1984年，回國後的郭光燦向中科大爭取到2000多元經費，在安徽滁州召開了全國第一屆量子光學學術會議。這成為中國量子光學的發端。許多年後，郭光燦將成為這一領域的泰斗，並將另一位大將潘建偉引回國內。

而當時的潘建偉還在浙江讀高中。1987年，潘建偉考入中科大近代物理系，將量子物理作為本科畢業論文的方向。畢業後，當同學們都紛紛赴美留學，潘建偉卻心心念着奧地利的一位量子物理權威，安東·塞林格。

彼時塞林格剛發現了一個關於多個粒子糾纏的重要定理，開始在奧地利建立自己的量子實驗室。他急需一名助手驗證自己的實驗猜想。恰恰此時，他見到了潘建偉。

塞林格問潘建偉，你的夢想是什麼？對眼前實驗室驚嘆不已的潘建偉直接回答說，“在中國建立一個像您這樣的、世界領先的實驗室”。許多年後，夙願成真。塞林格感嘆道，“我一直相信他會前程似錦，但沒想到居然如此成功。”

1999年，30歲出頭的潘建偉在奧地利拿到實驗物理學博士學位，隨後返回中科大，開始建立量子物理與量子信息實驗室。兩年後，郭光燦則成立了中國科學院量子信息重點實驗室。兩個實驗室都專註在量子通信的研究上。

“幸運的是，2000年，中國的經濟開始起飛，因此進行高質量科學研究的時機突然到了。”《自然》雜誌當時援引潘建偉的話報道。

量子通信的研究可能會帶來全新的、完全安全的信息傳輸方式。簡單來說，如果將“信息加密”和“密鑰”比喻成“保險箱”和“鑰匙”，那麼在量子通信中，採用了“相互糾纏的光子”作為鑰匙，而光子是最小的光粒子。通過這種方式傳輸的鑰匙，即使被截獲也能被收發信人發現，這就像發覺貼在保險箱上的封條已被破損一樣。潘和其他學者的目標，是將鑰匙儘可能傳輸到更遠的距離。

在業內人士看來，潘建偉和郭光燦的實驗室，同樣是採用QKD（量子密鑰分發），同樣是採用BB84協議。但潘的編碼方式是基於光的偏振，郭則基於相位。這後來也成為潘和郭的公司，國盾量子和問天量子的技術路線差別。

最初回國時，潘的工作相比他的師傅塞林格，並沒有那麼耀眼。但潘很快找到了“彎道超車”的辦法。要做量子通信，需要光學、冷原子物理、電子學、真空等諸多人才。潘根據自己學生所長，將他們分派到全球各大量子研究中心進修。“然後他們也都願意回來。”潘組裡的一位學生說。這一步棋證明潘建偉極具遠見，讓其實驗室後來產生了巨大的爆發力。

在接下來的7年中，在潘建偉團隊的努力下，“鑰匙”的傳輸距離不斷拉長：先是在合肥本地進行光纖傳輸實驗，然後是在北京長城以及青海，最終在2012年超過97公里，打破了世界紀錄。此後，潘又開始研究通過衛星分發糾纏的光子。

真正改變格局的，還有一件大事。2009年，潘建偉團隊在合肥建成了覆蓋城區的量子通信網絡，包括46個節點，這標誌着城域量子通信網絡已經成熟。安徽省政府、中科院隨後拍板，潘建偉和郭光燦分別參與創辦了兩家公司，即國盾量子和問天量子，希望將量子通信推向產業化。

國盾量子的項目總監周雷，也是在那個時候加入的公司。他回憶說，最初全公司才十幾二十個人。在與課題組老師的一番談話之後，當時剛剛博士畢業的他，選擇加入公司，開啟了產業化的十餘年征途。

但即使他可能也無法料到，公司的骨幹們如今不僅即將上億身家傍身，也將成為國與國競爭的弄潮兒。

中國的投入讓美國同行眼紅

“中國對發展這項技術有一個經過深思熟慮的戰略。”美國量子通信公司Qubitekk總裁兼CEO鄧肯·厄爾在媒體上評價說。相比中國投入的數億元真金白銀，美國政府和產業界曾長期認為“量子加密不過是一項科學實驗”，因此研究人員的精力一直集中在使用數學構建新的、可對抗量子計算機的方法，而沒有規劃建設新的基礎設施。

在中國，2013年，“京滬幹線”量子通信網絡立項，全長2000多公里，連接北京和上海，貫穿濟南和合肥，也是世界上第一條量子保密通信幹線。這條幹線耗資5.6億元，由國家發改委和地方政府承擔。

“建設京滬幹線，國家下了很大的決心。”國盾量子員工回憶，這也成為這一領域公司發展的轉折點。

2015年，中科院乾脆將量子通信列入了“率先行動”計劃的戰略必爭領域，在“十三五”規劃中啟動了戰略性先導科技專項“量子科學實驗衛星”項目，完成“京滬幹線”的申報和建設。

2016年，重量超過600公斤、名為“墨子”的量子科學實驗衛星在戈壁沙漠上發射，這顆為了紀念公元前5世紀中國哲學家、科學家墨子的衛星，成功實現了北京與維也納之間使用量子加密技術的視頻通話，將距離擴大到了創紀錄的7451公里。同年，經過四年規劃和建設，北京和上海之間的專用量子通信網絡也建成投入使用。

2017年，京滬幹線與墨子號實現“天地互連”，標誌着中國進入量子通信廣域網階段。這是全世界還沒有任何國家能實現的壯舉。這一成果讓全世界科學家眼紅不已。

在國家資源到位後，中國科學家也抓住了機會，迭代技術的速度讓全世界矚目。2016年“墨子號”上天時，衛星重達640公斤，只是驗證了衛星能夠傳輸量子糾纏光子，並未達到實用階段，產生密鑰的速度也並不樂觀。但2020年6月，國際學術期刊《自然》雜誌上，中國科學家公布的最新研究表明，他們已提高了密鑰產生的速度，降低了錯誤率，足夠搭建“可以抵抗攻擊的安全通道”。

“這是一個重要里程碑”，密切關注中國進展的鄧肯·厄爾表示，“正是技術的規模使這一點變得如此重要。他們是一個不可思議的團體。”而潘建偉認為基於這些研究，可以將衛星設備的重量降低到幾十公斤，將地面設備的重量從10餘噸降低到約100公斤，從而真正為商業化應用打開大門。

當然，這些研究也為潘建偉贏得了殊榮：27歲時研究成果位列《科學》雜誌“年度全球十大科技進展”、《自然》雜誌“百年物理學 21 篇經典論文”，31歲成為中科大教授，41歲成為中科院最年輕院士，2017年躋身《自然》雜誌年度十大科學人物。

在為量子通信謀得一張“飯票”上，中國學者也獨居慧眼。郭光燦最初為量子通信找應用，找的不是軍隊或政府部門，而是中國銀行這樣有商業業務需求的單位。潘建偉團隊在跟銀行和銀監會討論過後，對方非常激動，因為“北京到上海的2000多公里光纖，原本要保護所有的點，現在只用保護幾個中繼就好了”。

2020年11月，國盾量子與中國電信共同籌劃的“量子加密手機”也刷屏媒體。有國盾量子人士稱，這是利用SIM卡內的算法和密鑰，加密用戶的語音信息。雖然“是否大規模推廣還要看中國電信”，但這台設備已經讓量子通信在廣大消費者群體中抓了一波眼球。

當然，在量子通信產業化的過程中，時不時也飄過幾朵烏雲。

曾有文章質疑京滬幹線是“帶病上崗”，以及量子通信有成碼率低、通信容易被阻斷等問題。至今，量子通信的應用價值仍在公眾間眾說紛紜。

但不得不提的是，量子科學是天生的“活靶子”，飽受民科和公眾“盯梢”。在郭光燦院士申請項目時，就曾被人質疑是“偽科學”。一些安全專家也對量子加密的有效性抱持懷疑。因為這種技術太新，還沒有經受過任何密碼學家認可的嚴格測試。

2017年，潘建偉手下一員大將——國盾量子董事長彭承志發表文章，稱九州量子董事長鄭韶輝威脅要“錘殺他妻女”，雙方最終對簿公堂，更是把量子通信推向風口浪尖。

鄭韶輝出身浙江國資背景，後通過神州量通，與國盾量子共同參與“滬杭幹線”建設。此外，鄭韶輝控制的雲鴻投資直接入股國盾量子。但入股價格50元/股最終變更為36元/股，節省出的3234萬元，由雲鴻投資“借”給了包括國盾量子董事長彭承志在內的9名高管。

鄭韶輝出錢，潘建偉出人，原本應當成為一樁美談。但鄭韶輝的九州量子在2016年6月登陸新三板，以300億元市值收割了一波“量子科技”韭菜後，彭承志團隊便與九州量子撇清關係。

根據鄭紹輝及雲鴻投資的說法，此後，潘建偉等股東又從國盾量子套現數億元，讓金融從業者擔憂“技術團隊的入股資金是向基金借的（雲鴻投資），自己卻先套現，無法向基金交代”。鄭韶輝眼見潘團隊套現，希望對方先還3234萬元借款，遭到拒絕後便有了“威脅錘殺”一幕。

這場羅生門，“讓我們今天都在填這個坑”。有國盾量子中層員工說，他們很擔心量子通信被認為是騙錢割韭菜的，最終毀掉這個不成熟的產業。“如果今天再發生，我們會有更成熟的處理方式。”

2019年3月，偏重於硬核科技和基礎技術的科創板開閘，為需要長期投資的量子通信又添了一把火。2020年7月，國盾量子登陸科創板，首日漲幅超過1000%，創科創板上市首日漲幅之最，至今股價與上市時齊平。“我們的財務狀況之前也很難過。”有國盾量子員工說。資本市場的看好，讓這家公司能夠不必擔心溫飽，安心做產業化。

由於中國在量子通信取得的進展，其在標準制定上也有獲得優勢。目前，國內公司與ITP（國際電聯）和ISO（國際標準化組織）都有合作，甚至ITO量子技術焦點組的主席都是中國人，即中科大張強教授。

中美量子爭霸戰

在光鮮亮麗的成果背後，中國量子通信產業仍有“窘迫”之處。中國稍有鬆懈，其他國家便會抓住一切機會趕超。

在中國，國盾量子和問天量子已經是最具技術能力的兩家設備公司。截至2018年底，中國建成的7000多公里量子通信網絡里，有超過6000公里使用了國盾量子產品，超過700公里使用了問天量子產品。但令人尷尬的是，剛上市的國盾量子仍在虧損。

按照2020年10月三季報，國盾量子前三季度虧損2268萬元，同比稍有收窄。而與之合作，同樣由國科控股、中科大和潘建偉技術團隊成立，承擔網絡建設和運營工作的國科量網，一度在2019年年中資不抵債。

“國內研發力量主要在這兩家公司。”有行業人士稱。另一家受到關注的中創為量子，實際是從國盾量子購買過產品逐漸發展而來。，主要是做市場化工作。而九州量子目前已漸無聲量。

甚至人才之戰都透露了量子通信領域的“落寞”。彭承志曾回復要去競爭對手處工作的學生，“工作確實不太好找，你要去便去吧。”

根據相關報道，國家發改委在京滬幹線建成後，又建設國家廣域網一期，把北京—武漢—廣州連接起來，大約3000公里左右。但即便如此，業內人士稱，相比移動通信技術，量子通信連1G都不到，仍是一個非常小的市場，並且處於早期投資階段。未來，只有設備小型化、芯片化後，與現有通信網絡融合，才可能真正打開廣闊天地。

在中國公司艱難求存的同時，其他各國在奮起直追。雖然美國對量子通信的研究和應用很多都在軍方，隱藏在幕後，但在看到中國的做法和最近量子通信取得進展後，也來勢洶洶。畢竟，這是一場可能影響國家安全的競賽。

2020年7月，美國能源部發布了一份報告，提出發展國家量子互聯網的藍圖戰略。報告稱，處於發展初期的量子互聯網對科學、工業和國家安全等至關重要的領域將產生深遠影響。

在這個規劃中，美國能源部甚至調動了17個美國國家實驗室，來充當骨幹力量。美國能源部長丹·布勞耶特（Dan Brouillette）說：“通過構建這項新興技術，美國將繼續致力於維護和擴展我們的量子能力。”

今年2月，由美國能源部資助的芝加哥52英里“量子環”建成，讓美國成為建設最長陸基量子網絡的國家之一。外媒稱，它也許“會讓中國使用的網絡相形見絀”。

2020年7月23日，美國能源部還宣布選擇芝加哥量子交易所作為第一個致力於發展量子互聯網的美國能源部量子中心。這是一項耗資1.25億美元，為期五年的量子中心計劃。

除了國家項目，根據媒體報道，美國量子通信公司Quantum Xchange和Qubitekk也在迅速將量子通信技術商業化。Qubitekk使用量子加密技術來保護田納西州的電網，Quantum Xchange在美國東北部建設一個量子加密網絡，希望為華爾街的銀行和其他企業提供服務。與此同時，歐洲ID Quantique、日本東芝和NEC、韓國SK等也在試圖建設量子通信網絡。

“美國的成果都在幕後，日韓則利用芯片優勢，與歐洲合作在做。”有業內人士說，儘管中國的量子通信研究，以潘建偉團隊為代表，在國際上佔據很大聲量，但在這場戰事升級的戰爭中，中國不可掉以輕心。

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