uutiset

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Sisällysluettelo

1. Kvantin määritelmä ja ominaisuudet

1.1 Kvanttisuperpositio

1.2 Kvanttikietoutuminen

1.3 Kvanttidekoherenssi

2. Kvanttiylivallan aikakausi on tulossa

2.1 Toinen kvanttiteknologian vallankumous

2.2 Maailmanlaajuinen kvanttiteknologiakilpailu

3. Kvanttilaskenta

3.1 Kvanttilaskennan määritelmä ja edut

3.2 Kvanttilaskennan tärkeimmät tekniset polut

3.3 Kvanttitietokoneiden kehitystilanne ja tekniset vaikeudet

3.4 Kvanttitietokoneiden sovellukset

4. Kvanttiviestintä ja turvallisuus

4.1 Kvanttiturvallisen viestinnän välttämättömyys

4.2 Suurten kvanttiturvallisten viestintätekniikoiden kehitystilanne ja vaikeudet

4.3 Kvanttiviestintäverkko ja kvantti-Internet

4.4 Kvanttiviestinnän sovellukset

5. Kvanttitarkkuusmittaus

5.1 Kvanttitarkkuusmittauksen määritelmä

5.2 Kvanttitarkkuusmittaustekniikan kehitystilanne ja vaikeudet

Kvanttitarkkuusmittauksen sovellukset

6. Kvanttiteknologian investointipanoraama

6.1 Kvanttilaskenta, kvanttiviestintä, kvanttimittausyrityskartta

6.2 Suurten kiinalaisten kvanttiteknologiayritysten arviointi

1. Kvantin määritelmä ja ominaisuudet

Kvantti on fysiikan perusyksikkö, joka kuvaa hiukkasia mikroskooppisessa maailmassa. Se on erillinen energian ja liikemäärän yksikkö. Kvantti ei ole "ali" kuin elektroni. Klassisessa maailmassa erilaiset fysikaaliset ilmiöt, kuten lämpötila, muuttuvat jatkuvasti koska liikemäärä voidaan jakaa äärettömästi äärettömän pieniksi yksiköiksi, ja on yksi pienin perusyksikkö, joka on kvantti. Tätä mikroskooppisen maailman ääretöntä jaollisuutta kutsutaan kvantisoinniksi.

Kvantilla on ominaisuuksia, kuten kvantti-superpositio, kvanttikietoutuminen ja kvanttimittaus. Nämä ominaisuudet eivät ole tärkeitä vain fysiikassa, vaan niillä on myös keskeinen rooli kehittyvillä kvanttitekniikan aloilla, kuten kvanttilaskennassa, kvanttiviestinnässä ja kvanttimittauksessa. Nämä kvanttimekaniikan omituiset ominaisuudet antavat meille uuden näkökulman luonnon peruslakien ymmärtämiseen ja hyödyntämiseen.

1.1 Kvanttisuperpositio

Kvanttisuperpositio on tärkeä käsite kvanttimekaniikassa, joka viittaa kvanttijärjestelmään, joka voi olla superpositiotilassa useiden mahdollisten tilojen välillä samanaikaisesti. Klassisessa fysiikassa esine voi olla vain yhdessä määrätyssä tilassa, kun taas kvanttimekaniikassa kvanttijärjestelmä voi olla useiden mahdollisten tilojen lineaarisessa yhdistelmässä. Tämä tarkoittaa, että joissakin tapauksissa kvanttijärjestelmä voi olla useassa tilassa kerralla, vain romahtaa yhteen määritellyistä tiloistaan ​​mitattuna.

Kvanttisuperpositio on kvanttilaskennan ja kvanttiinformaation perusta Kvanttisuperpositiota käyttämällä voidaan saavuttaa kvanttirinnakkaislaskentaa ja parantaa laskentatehoa.

1.2 Kvanttikietoutuminen

Kvanttikietoutuminen on erityinen toisiinsa liittyvä ilmiö kvanttimekaniikassa. Se tarkoittaa, että kun kaksi tai useampi kvanttijärjestelmä on vuorovaikutuksessa, niiden tilat liittyvät läheisesti toisiinsa, riippumatta siitä, kuinka kaukana ne ovat, yhden järjestelmän tila vaikuttaa välittömästi toisen järjestelmän tilaan. Tätä yhteyttä kutsutaan sotkeutumiseksi.

Kahden kietoutuvassa tilassa olevan hiukkasen korrelaatiotilaa ei voida määrittää ennen mittaamista. Kuitenkin, riippumatta siitä, kuinka kaukana toisistaan ​​kaksi hiukkasta ovat, niin kauan kuin kietoutunut tila ei tuhoudu, kun toinen hiukkasista on mitattu. toinen hiukkanen määritetään myös vastaavasti. Kvanttisidos ei ole vain tehokkain rinnakkaiskäsittelymenetelmä kvanttioperaatioille, vaan se on myös olennainen työkalu kvanttiviestinnän toteuttamiseen. Koska kvanttisekoitus on erittäin herkkä ympäristön muutoksille, sitä voidaan käyttää myös erittäin tarkkojen ja herkkien kvanttianturien luomiseen.

1.3 Kvanttidekoherenssi

Kvanttidekoherenssi tarkoittaa, että kvanttijärjestelmässä tilat, joilla oli alun perin koherenssi (eli kvanttitilojen interferenssi- ja superpositioominaisuudet), menettävät tämän koherenssiominaisuuden tietyn prosessin tai vuorovaikutuksen jälkeen. Kvanttidekoherenssi saa yleensä kvanttitiloista klassisempia eli lähemmäksi klassisen fysiikan tiloja.

Kvanttidekoherenssi voi tapahtua erilaisissa olosuhteissa, kuten kvanttimittauksessa, kvanttidekoherenssissa, ympäristöhäiriöissä jne. Niiden joukossa ympäristön häiriöt ovat yleisin syy kvanttiyhteyteen.

Kvanttidekoherenssi on tärkeä kvanttilaskentaan ja kvanttitietojen käsittelyyn vaikuttava ongelma, koska koherenssi on keskeinen resurssi kvanttilaskennassa. Siksi kvanttitilojen koherenssiajan pidentämisen ja kvanttidekoherenssin vaikutuksen vähentämisen tutkiminen on yksi tämän hetken tutkimuskohteista kvanttiinformaation alalla.

2. Kvanttiylivallan aikakausi on tulossa

2.1 Toinen kvanttiteknologian vallankumous

Ensimmäinen kvanttikonseptin ehdotus voidaan jäljittää saksalaisen fyysikon Max Planckin vuodelle 1900. Planck ehdotti energiakvantisoinnin käsitettä, joka on kvanttiteorian perusta, mikä aloitti kvanttifysiikan vallankumouksen 1900-luvun alussa. Vuonna 1905 Albert Einstein kehitti edelleen kvanttikäsitettä ja ehdotti valokvantien (fotonien) käsitettä valosähköisen vaikutuksen selittämiseksi.

"Ensimmäinen kvanttimekaniikan vallankumous" alkoi 1900-luvun alussa, jolloin Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger ja Paul · Diracin ja muiden edustamat fyysikot loivat kvanttimekaniikan teoreettiset puitteet, kuvasivat perusominaisuudet. kvanttimekaniikasta, toteutti kvanttimekaniikan yhdistelmän matematiikan, kemian ja biologian kanssa ja synnytti monia suuria keksintöjä - atomipommin, laserit, transistorit, ydinmagneettinen resonanssi, tietokoneet jne.

Vuonna 2014 Nature, maailman johtava tiedelehti, ehdotti, että "toinen kvanttiteknologian vallankumous" on alkanut.

"Ensimmäinen kvanttiteknologian vallankumous" toi ihmiskunnan teollisesta aikakaudesta informaation aikakauteen, ja meneillään oleva "toinen kvanttiteknologinen vallankumous" tarkoittaa, että ihmiskunta murtaa klassisen teknologian fyysiset rajat ja astuu kvanttiaikakauteen, mikä merkitsee ihmiskunnan ymmärrystä Kvanttitietokoneiden tutkiminen on siirtynyt yksinkertaisesta "havaitsemisaikakaudesta" aktiiviseen "sääntelyn aikakauteen", mikä ennusti suuria läpimurtoja kvanttilaskennan, kvanttiviestinnän ja kvanttitarkkuusmittauksen aloilla.

"Toisessa kvanttiteknologisessa vallankumouksessa" käytetään kvanttisekoittumista, kvantti superpositiota, kvantimittausta jne. innovatiivisten sovellusten toteuttamiseen, ja sen odotetaan käynnistävän muutoksia monilla aloilla:

Kvanttitietokoneet: Kvanttitietokoneiden kehitys siirtyy erikoistuneista kvanttitietokoneista universaaleihin kvanttitietokoneisiin, jolloin lopulta saadaan ohjelmoitava universaali kvanttitietokone, joka voi ratkaista tiettyjä ongelmia, joita klassiset tietokoneet eivät pysty käsittelemään.

Kvanttiviestintä: Sillä on salakuuntelun estävä viestintämenetelmä ja se muodostaa suojatun viestintäverkon, jolla on kvanttikloonaamattomuus ja muita ominaisuuksia. Tärkeimpiä teknologioita ovat kvanttiavainten jakelu (QKD), kvanttiteleportaatio (QT) jne. Kvanttiviestintätekniikan kehitys edistää myös kvantti-Internetin rakentamista.

Kvanttitarkkuusmittaus: Kvanttitarkkuusmittaustekniikka tuo entistä tarkempia mittaustyökaluja tieteelliseen tutkimukseen ja teollisuuteen. Koska kvanttitilat ovat erittäin herkkiä ulkoisen ympäristön muutoksille, kvanttitarkkuusmittauksen herkkyys ja resoluutio ylittävät huomattavasti klassiset rajat ja edistävät asiaan liittyvien alojen kehittäminen.

"Toinen kvanttiteknologian vallankumous" muuttaa käsitystämme kvanttimaailmasta ja edistää kvanttiteknologian soveltamista useilla aloilla. Teknologian edistyessä kvanttiteknologian odotetaan mullistavan tapamme elää ja työskennellä tulevina vuosikymmeninä.

2.2 Maailmanlaajuinen kvanttiteknologiakilpailu

"Kvanttiteknologian vallankumous on antanut Kiinalle mahdollisuuden "vaihtaa kaistaa ja ohittaa". Kvanttimegatrendit".

Tietotekniikan aikakaudella klassisten tietokoneiden laskentatehon parantaminen seuraa Mooren lakia. Mooren laki sanoo, että integroituun piiriin mahtuvien transistorien määrä kaksinkertaistuu noin kahden vuoden välein , transistorien fyysinen koko pienenee edelleen. Se on yhä vaikeampaa.

"Toisessa kvanttiteknologisessa vallankumouksessa" käytetään sellaisia ​​ominaisuuksia kuin kvantti-superpositio, kvanttikietoutuminen ja kvanttimittaus. Se ei perustu pelkästään Mooren lain mukaiseen kutistumistekniikkaan hallittu, jopa submikroninen tekniikka Kvanttikomponentit, joilla on kietoutumisominaisuuksia, ovat paljon parempia kuin klassiset elektroniikkakomponentit.

Professori Pan Jianwei Kiinan tiede- ja teknologiayliopistosta, joka tunnetaan Kiinassa "kvantin isänä", sanoi kerran, että nykyaikaisen tietotieteen kannalta Kiina on aina toiminut oppijan ja seuraajan roolissa kvanttiteknologian alalla, jos yritämme parhaamme, meistä voi tulla päävoima heidän joukossaan.

Tällä hetkellä maani saavutukset kvanttiviestinnän alalla ovat johtaneet maailmaan: vuonna 2016 laukaistiin onnistuneesti maailman ensimmäinen kvanttitieteellinen kokeellinen satelliitti "Mozi" vuonna 2017, 2 000 kilometrin pituinen pitkän matkan Peking-Shanghai-kvanttiviestintälinja; Vuonna 2018 "Mozi" "Zihao" suoritti kvanttiavaimen jakelun yli 7 600 kilometriä Kiinan Xinglongin ja Itävallan Grazin maa-asemien kanssa vuonna 2022, Tsinghuan yliopiston professori Long Guilun tiimi suunnitteli vaihekvanttitilan ja aikaviivan hybridin; kvanttitila Uusi koodattu kvanttisuora viestintäjärjestelmä saavutti 100 kilometriä suoraa kvanttiviestintää ja rikkoi "kvanttisuoran viestinnän" maailmanennätyksen.

Kvanttilaskennan alalla Kiinan tiede- ja teknologiayliopisto ilmoitti joulukuussa 2020 onnistuneesta 76 fotonin prototyypin "Jiuzhang" rakentamisesta, ja siitä tuli toinen maa, joka on saavuttanut kvanttiylivallan (Quantum Supremacy) (Huomautus). Kiinan tiede- ja teknologiayliopisto julkaisi vuonna 2021 ohjelmoitavan 56 qubit suprajohtavan tietokoneen, mikä lyhensi supertietokoneen suorittamiseen 8 vuotta aikaa 1,2 tuntiin Kiina on ainoa maa, jolla on kaksi teknistä tietä: suprajohtava ja optinen kvantti maat, jotka ovat kaikki saavuttaneet kvanttiylivoiman.

Qianzhan Industry Research Instituten tietojen mukaan kokonaisinvestoinneilla mitattuna maailmanlaajuiset kvanttitietoinvestoinnit saavuttavat 38,6 miljardia Yhdysvaltain dollaria vuonna 2023, josta Kiinan kokonaisinvestoinnit ovat 15 miljardia dollaria ja ovat maailman ensimmäisellä sijalla.

Tällä hetkellä kvanttiteknologian kilpailua johtavat Kiina ja Yhdysvallat, ja myös Eurooppa ja muut perinteiset teknologiamaat ovat saavuttamassa johtajia. "kaistanvaihto ja ohittaminen" on paljon vaikeampaa kuin Muilla tekniikan aloilla on enemmän mahdollisuuksia.

Vuonna 2021 maani "14. viisivuotissuunnitelmassa" ehdotetaan edistyneiden teknologioiden, kuten kvanttilaskennan ja kvanttiviestinnän, käyttöönoton nopeuttamista tavoitteena saattaa päätökseen kansallisen kvanttiviestintäinfrastruktuurin rakentaminen ja universaalien kvanttitietokoneiden kehittäminen vuoteen 2030 mennessä.

(Huomaa: Quantum Supremacy, joka tunnetaan myös nimellä kvanttiylivalta, viittaa kvanttitietokoneen kykyyn ylittää tehokkain perinteinen tietokone suoritettaessa tiettyjä tehtäviä. Tämän käsitteen on kehittänyt fyysikko John Price. John Preskill ehdotti vuonna 2012 kuvaamaan merkittäviä asioita. kvanttitietokoneiden edut klassisiin tietokoneisiin verrattuna tiettyjen ongelmien ratkaisemisessa).

3. Kvanttilaskenta

Huipputeknologiana kvanttilaskenta on viime vuosina herättänyt suurta huomiota globaalien tieteellisten tutkijoiden ja pääoman keskuudessa. Se käyttää kvanttimekaniikan periaatteita murtaakseen perinteisten tietokoneiden binääripohjaisen laskentamenetelmän, mikä osoittaa potentiaalin ylittää klassiset tietokoneet tietyissä erityisongelmissa. Kvanttifysiikan teorian jatkuvan syventymisen ja kvanttiteknologian kypsymisen myötä kvanttilaskenta on vähitellen siirtynyt teoriasta käytännöllisyyteen ja sitä pidetään tärkeänä tulevaisuuden laskentateknologian kehityssuuntana.

3.1 Kvanttilaskennan määritelmä ja edut

Kvanttilaskenta on tekniikka, joka käyttää kvanttibittejä tiedon perusyksikkönä kvanttimekaniikan periaatteisiin perustuvien laskelmien suorittamiseen. Kvanttitietokoneiden superrinnalleisuus tulee kubittien superpositiotilasta verrattuna samaan määrään klassisia bittejä, useiden kubittien välinen laskentateho on eksponentiaalinen.

Perinteiset tietokoneet käyttävät binääribittejä (bittejä), jokainen bitti on joko 0 tai 1, kun taas kvanttitietokoneen kvanttibitti (qubit) voi olla superpositiotilassa 0 ja 1 samanaikaisesti. Kun kubittien määrä kasvaa, N kubitilla voi olla arvoja samanaikaisesti, mikä vastaa toiminnon suorittamista samanaikaisesti.

Kvanttitietokoneet manipuloivat näitä superpositiotiloja ja kubittien välisiä vuorovaikutuksia kvanttialgoritmien avulla ja voivat käsitellä useita mahdollisia laskentapolkuja samanaikaisesti, mikä tekee kvanttitietokoneista perinteisiä tietokoneita tehokkaampia tietyntyyppisten ongelmien ratkaisemisessa, kuten kokonaislukuhajottelu ja hakualgoritmit ovat paljon nopeampia.

3.2 Kvanttilaskennan tärkeimmät tekniset polut

Maamme pitää kvanttitieteen tutkimusta erittäin tärkeänä ja on peräkkäin ottanut käyttöön useita linjauksia ja suunnitelmia kvanttiteknologian tutkimuksen ja soveltamisen tukemiseksi. Kvanttilaskennan alalla kiinalaiset tieteelliset tutkimuslaitokset ja yritykset ovat saavuttaneet joukon kansainvälisesti vaikuttavia tuloksia keskeisillä teknisillä reiteillä, kuten suprajohtavassa kvanttilaskennassa ja optisessa kvanttilaskennassa, ja ne ovat johtavassa asemassa maailmanlaajuisessa kvanttilaskentakilpailussa.

Tällä hetkellä kvanttilaskenta on varhaisessa etsintävaiheessa, ja kubittien kehityssuunnat ovat hyvin erilaisia. Ne perustuvat pohjimmiltaan kvanttilaskentaan liittyviin etuihin.

Huipputeknologian konsultointiorganisaation ICV:n julkaiseman "Global Quantum Computing Industry Development Outlook 2024" -raportin mukaan Kiina ja Yhdysvallat hallitsevat suurten kvanttilaskentayritysten jakelua maailmassa, 20 yritystä Yhdysvalloissa ja Yhdysvalloissa. 18 yritystä Kiinassa, mikä on 28 %, 25 %. Teknisen reittijakauman näkökulmasta eniten huomiota saavat suprajohtavuus, ioniloukut ja optiset kvanttireitit. Maailman 71 suurimmasta kvanttilaskentayrityksestä vuonna 2023 19 on suprajohtavan kvanttilaskennan polulla, joista 8 on Yhdysvalloissa ja 5 Kiinassa, joita seuraa optinen kvanttilaskenta, yhteensä 13 yritystä 18 %, joista kiinalaisia ​​yrityksiä on eniten, 10 yritystä, jotka ovat ioniloukun kvanttilaskentapolulla, 14 %, ja kiinalaisten yritysten osuus on 4.

(1) Suprajohtava kvanttilaskentapolku

Suprajohtava kvanttilaskenta on yksi kypsimmistä kvanttilaskentatekniikoista tällä hetkellä. Se perustuu suprajohtaviin kvanttipiireihin ja käsittelee tietoa manipuloimalla suprajohtavia kubitteja. Suprajohtavat kvanttipiirit ovat erittäin yhteensopivia olemassa olevien integroitujen piirijärjestelmien kanssa suunnittelun, valmistelun ja mittauksen suhteen, ja niissä voidaan käyttää perinteisiä elektronisia komponentteja ohjausjärjestelminä. IBM, Intel, Google, Origin Quantum, Guodun Quantum jne. tekevät tutkimusta ja kehitystä suprajohtavan kvanttilaskennan tiellä.

Suprajohtavien kubittien etuja ovat niiden korkea jatkuvuus ja skaalautuvuus sekä suhteellisen alhaiset vääristymät. Tämä tekninen reitti on saavuttanut monien kubittien ja kvanttiporttitoimintojen välisen sotkeutumisen, mikä luo perustan käytännön kvanttitietokoneiden rakentamiselle. Suprajohtavat kubitit ovat kuitenkin erittäin herkkiä ympäristön lämpötilalle ja sähkömagneettisille häiriöille, joten kokeita on suoritettava erittäin matalissa lämpötiloissa ja hyvin suojatussa ympäristössä.

Yhdysvaltain kvanttilaskenta-alan ketjulla on täydellinen asettelu, ja alalle on tulossa johtavia teknologiayrityksiä, kuten IBM, Google ja Microsoft, erityisesti suprajohtavan kvanttilaskennan polulla. Suprajohtavien kvanttisirujen alalla IBM julkaisi joulukuussa 2023 maailman ensimmäisen kvanttilaskentaprosessorisirun Condorin, jossa on yli 1 000 kubittia ja jossa on 1 121 kubittia.

Huhtikuussa 2024 Kiinan tiedeakatemian kvanttiinformaation ja kvanttiteknologian innovaatioinstituutti julkaisi 504-bittisen suprajohtavan kvanttilaskentasirun "Xiaohong", mikä rikkoi kotimaisen suprajohtavien kubittien määrän ennätyksen.

Peng Chengzhi, Kiinan tiedeakatemian kvanttitiedon ja kvanttitieteen ja teknologian innovaatioinstituutin professori sekä China Telecom Quantum Groupin ja Guodun Quantumin päätutkija (688027.SH), sanoi, että suprajohtavat kvanttilaskentasirut voivat käyttää uudelleen kypsempiä. Puolijohdesirun käsittelyteknologiat ovat erityisen edullisia laajenemisen kannalta, joten tutkimus- ja kehitystyö ei ole vaikeaa. tarkemmin suurten kubittien hallinta Tämä on kansainvälinen valtavirta Tieteellinen tutkimusryhmä työskentelee lujasti.

Kvanttitietokoneen saavuttama laskentateho riippuu monista tekijöistä, esimerkiksi suprajohtavista kvanttitietokoneista, mukaan lukien bittien määrä, tarkkuus, koherenssiaika, portin toimintanopeus, liitettävyys jne. Niiden joukossa bittien määrä on keskeinen indikaattori. On kuitenkin syytä kiinnittää erityistä huomiota siihen, että on turhaa puhua pelkästään bittien määrästä. Tärkeämpää on portin tarkkuus (etenkin kaksibittisen portin tarkkuus), koherenssiaika ja bittiliitettävyys suurissa yhteyksissä. mittakaavan kubitit.

Lisäksi suprajohtavien materiaalien ominaisuus on, että kun lämpötila laskee alle tietyn kriittisen lämpötilan, vastus on nolla ja virta voi kulkea häviöttömästi. Tehokkaan toiminnan ja kubittien vakaan varastoinnin saavuttamiseksi kvanttisirujen on toimittava erittäin alhaisessa lämpötilassa -273,12 °C tai sitä alhaisemmassa ympäristössä, joten laimennusjääkaappi on yksi suprajohtavan kvanttilaskennan keskeisistä laitteista.

Tällä hetkellä kotimaani kotimaiset laimennusjääkaapit ovat tehneet suuria läpimurtoja ja niiden todelliset toimintamittarit ovat saavuttaneet vastaavien tuotteiden kansainvälisen valtavirran tason. Guodun Quantumin lanseeraama kaupallisesti saatavilla oleva ja massatuotettu kotimainen laimennusjääkaappi ez-Q Fridge tarjoaa kvanttisirut erittäin alhaisessa lämpötilassa ja hiljaisessa ympäristössä 10 mK:n tasolle asti. Jäähdytysteho saavuttaa 450uW@100mK (450uW@100mK). laimennusjääkaappi 100 mK:n lämpötilassa voi saavuttaa 450 uW:n mitä suurempi jäähdytysteho, sitä suurempi määrä kvanttilaskentaa voidaan tukea), ja se palvelee "Zuchong-2:ta" kvantin toteuttamiseen. Origin Quantum on kehittänyt sen itsenäisesti. SL1000-laimennusjääkaappi voi tarjota erittäin alhaisen lämpötilan alle 10 mK:n ja jäähdytyskapasiteetin vähintään 1000 μW @ 100 mK, mikä vastaa erittäin alhaisten lämpötilojen tarpeita. huipputeknologian alat, kuten suprajohtava kvanttilaskenta, kondensoidun aineen fysiikka, materiaalitiede ja syväavaruuden tutkimus.

"Kvanttiylivoiman" saavuttaminen on keskeinen mitta kvanttitietokoneen suorituskyvylle, toisin sanoen sen kyvylle laskea tietty ongelma klassisen supertietokoneen lisäksi. Tällä hetkellä maailmassa on vain kaksi suprajohtavaa kvanttitietokonetta: amerikkalainen "Platanus" ja kiinalainen "Zuchong-2".

"Zuchong-2" on 66 kubitin ohjelmoitava suprajohtava kvanttilaskentaprototyyppi, jonka on kehittänyt tutkimusryhmä, joka koostuu Pan Jianweista, Zhu Xiaobosta, Peng Chengzhistä ja muista Kvanttiinformaation ja kvanttiteknologian innovaatioinstituutista, Kiinan tiedeakatemiasta ja Shanghain teknisen fysiikan instituutti, Kiinan tiedeakatemia. Toukokuussa 2023 tiimi paransi alkuperäistä "Zuchong-2" 66-bittistä sirua ja lisäsi 110-bittisen kytkennän ohjausrajapinnan, mikä nosti käyttäjien ohjaamien kubittien määrän 176 bittiin.

Guodun Quantum, ainoana yritysyksikkönä, joka osallistuu "Zuchongzhin" tutkimukseen ja kehitykseen, käyttää suprajohtavan kvanttilaskentaprototyypin toimitusketjun hallinta- ja integrointiominaisuuksia (mukaan lukien huonelämpötilan ohjausjärjestelmä, matalan lämpötilan signaalinsiirtojärjestelmä, sirupakkausjärjestelmä , ohjausohjelmistojärjestelmä jne.) Tällä hetkellä 4 täydellistä kvanttitietokonetta on myyty onnistuneesti ulkomaille.

Lisäksi Origin Quantumin kehittämä kolmannen sukupolven itsenäinen suprajohtava kvanttitietokone "Origin Wukong" lanseerataan verkossa tammikuussa 2024. "Original Wukong" on varustettu 72-bittisellä suprajohtavalla "Wukong Core" -kvanttisirulla, jossa on yhteensä 198 kubittiä, joka sisältää 72 työkubittia ja 126 kytkettyä kubittia.

(Huomaa: Qubit (qubit) on kvanttilaskennan perusyksikkö. Se on kvanttiinformaation kantaja, kuten klassisen laskennan bitit. Kubitit voivat olla superpositiotilassa, eli useiden tilojen superpositioina samanaikaisesti , joka tekee kvanttitietokoneista Useita laskentatehtäviä voidaan käsitellä samanaikaisesti. Muuta vaihtaa tietoa ja olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa Yleisesti ottaen kubitit ovat kvanttilaskennan perusyksikkö, ja kytkentäkubitit ovat kvanttiporttioperaatioiden ja kvanttilaskennan toteuttamiseen käytetty erityinen muoto.

(2) Optinen kvanttilaskentapolku

Optinen kvanttilaskentapolku käyttää fotoneja tiedon kantajana ja toteuttaa kvanttilaskentaprosessin kvanttioptisten elementtien kautta. Optisen kvanttilaskennan avainetu on, että fotoni itse on erittäin heikosti vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa ja voi säilyttää vakaan kvanttitilan pitkän ajan erittäin tarkasti. Lisäksi optinen kvanttilaskenta voidaan suorittaa huoneenlämmössä, toisin kuin suprajohtava kvanttilaskenta, joka vaatii erittäin alhaisen lämpötilan ympäristön. Tekninen haaste on fotonien synnyttäminen, käyttö ja havaitseminen, mikä edellyttää korkean tarkkuuden ohjaustekniikkaa ja -laitteita. Tällä hetkellä fotoneja kvanttitietokoneisiin käyttäviä yrityksiä ovat PsiQuantum, Xanadu, Turing Quantum ja Bose Quantum.

Kiina on ainoa maa, joka on saavuttanut kvanttiylivoiman sekä suprajohtavassa että optisessa kvanttitekniikassa. Suprajohtavan kvanttilaskennan polulla olevan "Zu Chongzhin" lisäksi maassani on toinen kvanttitietokone, joka on saavuttanut "kvanttiylivoiman". Kiinan tiede- ja teknologiayliopisto Pan Jianwein tiimin kehittämä "Nine Chapters" -sarja käyttää optista kvanttilaskentaa.

Mitä tulee erityistoimintoihin kvanttitietokoneisiin, Kiina on tehnyt suuria läpimurtoja ja edistynyt optisen kvanttilaskennan tiellä. Lokakuussa 2023 Kiinan tiede- ja teknologiayliopiston tiimi rakensi onnistuneesti 255 fotonin kvanttilaskentaprototyypin "Jiuzhang-3". Prototyyppi koostuu 255 fotonista, ja se voi ratkaista Gaussian Bosen näytteenoton matemaattisen ongelman 100 miljardia kertaa nopeammin kuin maailman nopein supertietokone, mikä rikkoo jälleen kerran optisen kvanttitietotekniikan maailmanennätyksen. Lisäksi Bose Quantumin seuraavan sukupolven koherentti optinen kvanttitietokone, jossa on 550 laskentakubittia, julkaistiin huhtikuussa 2024 - "Tiangong Quantum Brain 550W", kehityssarjojen kautta, joita edustaa "Kaiwu SDK" ja monitoimialan ekologia "Kvanttialgoritmien" yhdistelmä. kumppaneiden kehittämä on saavuttanut läpimurron käytännön kvanttilaskennassa.

Toisin kuin yleiskäyttöiset kvanttitietokoneet, jotka voivat muuttaa suorituslaskentaohjelmaa haluamallaan tavalla, tietyn funktion kvanttitietokoneet voivat suorittaa vain tiettyjä kvanttialgoritmeja, jos ne haluavat käsitellä laskelmia alkuperäisen suunnittelutoiminnon ulkopuolella, laitteistoa tai laitteistoa on vaihdettava.

Ohjelmoitavien yleiskäyttöisten optisten kvanttitietokoneiden alalla Turing Quantum on julkaissut DeepQuantumin, Kiinan ensimmäisen optisen kvanttilaskennan ohjelmointikehyksen. Käyttämällä QubitCircuit in DeepQuantum, kehittäjät voivat helposti rakentaa ja simuloida kvanttipiirejä sekä nopeasti suunnitella ja optimoida kvanttihermoverkkoja. Lisäksi DeepQuantumin QumodeCircuitin avulla käyttäjät voivat tutkia syvällisesti optisia kvanttipiirejä ja kehittää käytännön sovelluksia, jotka perustuvat algoritmeihin, kuten Gaussian Bose -näytteenottoon. DeepQuantum ei sisällä vain automaattisia erottelutoimintoja, vaan siinä on myös useita sisäänrakennettuja ei-gradienttioptimoijia, jotka auttavat käyttäjiä toteuttamaan ja tutkimaan variaatiokvanttialgoritmeja tehokkaasti. Samaan aikaan Turing Quantum ottaa käyttöön optisen kvanttilaskentalaitteiston Quantum Cloud -alustalle, ja käyttäjät voivat kokea todellista kvanttilaskentaa DeepQuantumin kautta.

(3) Ioniloukun kvanttilaskentapolku

Ioniloukun kvanttilaskentapolku on tekniikka, joka käyttää ioneja (yleensä varautuneita atomeja tai molekyylejä) kubitteina suorittamaan kvanttitietojen käsittelyä. Ulkoista sähkömagneettista kenttää käytetään ionien "vangitsemiseen" tietyllä alueella, ja ionien liikettä ohjaa varauksen ja sähkömagneettisen kentän välinen vuorovaikutusvoima. Ioniloukun kvanttilaskennan edut piilevät loogisten porttien pitkässä vakaassa kietoutuvassa tilassa ja korkeassa tarkkuudessa. Tekninen vaikeus on kuitenkin vakaan "vankeuden" saavuttaminen ja suuren ionimäärän tarkka hallinta samanaikaisesti, mikä edellyttää. laserjäähdytystekniikka ja erittäin suuri tyhjiöympäristö sekä integrointi Piirin yhteensopivuutta ei ole vielä kehitetty, mikä johtaa rajoitettuun skaalautumiseen. Tällä hetkellä ioniloukun kvanttilaskentatekniikkaan syvästi osallistuvia yrityksiä ovat Quantinuum, IonQ, Qike Quantum, Huayi Quantum, Guoyi Quantum jne.

Vuonna 2023 Huayi Quantum julkaisi HYQ-A37:n, kaupallisen prototyypin ensimmäisen sukupolven ioniloukkukvanttitietokoneesta, jonka asteikko on 37 kubittia. Tällä hetkellä käyttäjät voivat käyttää visuaalisia työkaluja tai koodieditoreja suunnitellakseen nopeasti kvanttipiirejä ajanvarauksella ja etäyhteyden kautta HYQ-A37:ään suorittaakseen laskentatehtäviä ja saadakseen reaaliaikaista graafista laskentatulospalautetta. Huayi Quantumin odotetaan tuovan markkinoille 110-bittisen matalan lämpötilan ioniloukun kvanttitietokoneen vuonna 2024.

3.3 Kvanttitietokoneiden kehityshistoria ja tekniset vaikeudet

1980-luvulta lähtien kvanttilaskentaa on todennettu fyysisten perusideoiden ja pääperiaatteiden avulla, ja nyt kvanttitietokoneet ovat saavuttaneet NISQ-vaiheen (noisy intermediate-scale quantum computer).

Tietokoneita, joissa on 50 - 100 kubitin tarkkoja kvanttiportteja, kutsutaan NISQ-tietokoneiksi. Vikasietoiset yleiskäyttöiset kvanttitietokoneet ovat pitkän aikavälin kehitystavoite, ja niiden saavuttaminen vie jonkin aikaa. Meluisten keskikokoisten kvanttitietokoneiden laskentateho on kuitenkin huomattavasti suurempi kuin supertietokoneiden laskentateho tehtäviä ja ovat jo osoittaneet erinomaista suorituskykyä joillakin sovellusalueilla.

Tärkeimmät kvanttitietokoneiden kehittämisen rajoitukset tässä vaiheessa ovat:

(1) Äärimmäisen alhaisen lämpötilan vaatimukset: Kvanttitietokoneiden on toimittava erittäin alhaisessa lämpötilassa lähellä absoluuttista nollaa kubittien kvanttitilan vakauden ylläpitämiseksi. Tällaisissa olosuhteissa kubitit voivat tehokkaasti osoittaa kvanttisekoittumisen ja kvantisuperposition ominaisuuksia. Jäähdytysjärjestelmät ovat kalliita ylläpitää ja käyttää, ja kubittien määrän kasvaessa vastaavia jäähdytysvaatimuksia on parannettava.

(2) Qubit-stabiilisuusongelma: Qubitit (tai kubitit) ovat kvanttitietokoneiden perustietoyksiköitä, mutta ne ovat erittäin hauraita ja herkkiä melulle ja ulkoisille häiriöille, mikä johtaa kvanttidekoherenssiin. Dekoherenssi tuhoaa kvanttiinformaation, mikä tekee laskelmista epäluotettavia. Kubittien koherenssiajan pidentäminen on nykyinen tutkimuskohde.

(3) Kvanttivirheen korjaus: Kvanttilaskennan aikana tapahtuu väistämättä virheitä, ja kubittien erityisominaisuuksista johtuen nämä virheet ovat erilaisia ​​kuin perinteisissä tietokoneissa. Tehokkaiden kvanttivirheenkorjaustekniikoiden kehittäminen on ratkaisevan tärkeää luotettavan kvanttilaskennan mahdollistamiseksi, mutta nykyiset kvanttivirheenkorjausalgoritmit ovat edelleen monimutkaisia ​​ja vaikeita skaalata.

(4) Skaalautuvuus: Olemassa olevien kvanttitietokoneiden kubittien määrä on suhteellisen pieni, mutta monimutkaisten ongelmien laskenta vaatii satoja, tuhansia tai jopa enemmän kubitteja. Kuinka suurentaa kvanttitietokoneita heikentämättä yhden kubitin laatua, on valtava tekninen haaste.

(5) Materiaali- ja teknologiarajoitukset: Korkealaatuisten kubittien valmistaminen vaatii kehittyneitä materiaaleja ja tarkkoja valmistusprosesseja. Esimerkiksi suprajohtavat kubitit vaativat erittäin puhtaita suprajohtavia materiaaleja, kun taas ioniloukkutekniikka vaatii erittäin tarkkoja laser- ja tyhjiöjärjestelmiä. Näiden teknologioiden kehitys ja kypsyys vaikuttavat suoraan kvanttitietokoneiden suorituskykyyn ja toteutettavuuteen.

(6) Algoritmien ja ohjelmistojen riittämätön kehitys: Vaikka tiedetään, että jotkin kvanttialgoritmit voivat teoriassa tarjota suorituskyvyn klassista laskemista pidemmälle, kvanttitietokoneiden algoritmikirjastot ja ohjelmistotyökalut ovat edelleen rajallisia, ja laajalti sovellettavista kvanttiohjelmistoalustoista on puute. ja ohjelmointikehykset.

(7) Teorian ja kokeen välinen kuilu: Kvanttilaskenta etenee nopeasti teoriassa, mutta näiden teorioiden toteuttaminen todellisissa kokeissa on suhteellisen hidasta. Monia teorioita ei ole varmistettu kokeellisesti, joten kokeellisissa tekniikoissa ja suunnitelmissa on tehtävä paljon innovaatioita ja optimointia.

(8) Puute kyvyistä ja tiedosta: Kvanttilaskenta on monitieteinen ala, joka kattaa useita tieteenaloja, kuten fysiikan, tietojenkäsittelytieteen, tekniikan ja matematiikan. Tällä hetkellä tutkijoita ja insinöörejä, joilla on tieteidenvälistä tietoa ja taitoa, on suhteellisen vähän, mikä rajoittaa kvanttilaskennan alan kehitystä.

(8) Sovellusskenaarioiden rajoitukset: Tällä hetkellä kvanttitietokoneet osoittavat potentiaalia tietyissä erityisongelmissa, kuten kemiallisissa simulaatioissa, salasanan murtamisessa ja monimutkaisissa optimointiongelmissa. Kvanttitietokoneiden edut eivät kuitenkaan ole vielä ilmeisiä monissa yleiskäyttöisissä laskentatehtävissä, ja niiden käytännön arvoa kaupallisissa ja teollisissa sovelluksissa on vielä tutkittava.

Kuten edellä mainittiin, vaikka kvanttilaskennan kaupallistaminen on edelleen monien haasteiden edessä, kvanttiteknologia on siirtynyt tekniikan vaiheeseen teoreettisesta tutkimusvaiheesta lähtien on "toisessa kvanttiteknologian vallankumouksessa" Tulevaisuudessa tapahtuu valtavia muutoksia, ja meidän on valmistauduttava etukäteen siirtyäksemme uuteen kvanttiaikakauteen.

3.4 Kvanttitietokoneiden sovellukset

(1) Kvanttilaskennan pilvialusta

"Kvanttiylivoiman" saavuttaminen on välttämätön edellytys kvanttilaskennan kaupallistamiselle ja popularisoinnille, ja kvanttilaskennan pilvialusta on avain kvanttilaskennan käytännön sovellusten kehittämiseen.

Tällä hetkellä kvanttitietokoneiden laitteistokustannukset ovat erittäin korkeat, erityisesti high-fidelity- ja suuren mittakaavan qubit-järjestelmissä. Samaan aikaan kvanttitietokoneiden käyttö ja ylläpito vaatii ammattimaista tekniikkaa ja ympäristöä. Kvanttilaskennan pilvialusta tarjoaa korkeakouluille, tutkimuslaitoksille, yrityksille jne. edullisen tavan käyttää kvanttilaskentajärjestelmiä.

Toisaalta pilvialustan avulla voidaan nopeasti päivittää ja ottaa käyttöön uusin kvanttilaskentatekniikka ja -algoritmit, ja käyttäjät voivat kokea välittömästi teknologisen kehityksen tuomat edut, kun käyttäjät kokeilevat pilvialustaa sovellusten kehittämiseen ja testaukseen , he voivat tarjota alustalle Anna palautetta toimittajien ongelmista ja tarpeista edistääkseen teknologian iteraatiota ja optimointia. Kvanttilaskennan pilvialusta toimii siltana, joka yhdistää erilaisia ​​kvanttilaskentayrityksiä, tieteellisiä tutkimuslaitoksia ja yrityskäyttäjiä, edistää yhteistyötä kvanttilaskennan ja kaikkien elämänalojen välillä sekä edistää yhdessä kvanttilaskentatekniikan kehittämistä ja soveltamista.

Toukokuussa 2023 Guodun Quantum julkaisi uuden sukupolven kvanttilaskenta-pilvialustan, joka yhdistettiin itse kehittämään 176-bittiseen suprajohtavaan kvanttitietokoneeseen, joka on samantyyppinen kuin "Zuchongzhihao". Se ei vain rikkonut suprajohtavan kvanttitietokoneen bittinumeroa kotimaisten pilvialustojen ennätys, Siitä on myös tullut maailman ensimmäinen kvanttilaskennan pilvialusta, jolla on potentiaalia saavuttaa kvanttiylivoima suprajohtavalla kvanttireitillä ja joka on avoin ulkomaailmalle. Guodun Quantum totesi, että se aikoo tulevaisuudessa käyttää useita korkean suorituskyvyn kvanttitietokoneita keskinäistä katastrofipalautusta ja iteratiivisia päivityksiä varten, jotta pilvialustan laitteisto pystyy ylläpitämään kansainvälisesti edistyneen tason.

Marraskuussa 2023 Guodun Quantum auttoi China Telecom Quantum Groupin "Tianyan" -kvanttilaskentapilvialustaa ja China Telecomin "Tianyi Cloud" -superlaskentaalustaa yhdistämään "superlaskenta-kvanttilaskenta" -hybridilaskenta-arkkitehtuurijärjestelmän.

(2) Kvanttilaskennan pääsovellusskenaariot

ICV:n tietojen mukaan maailmanlaajuinen kvanttiteollisuus saavuttaa 4,7 miljardin Yhdysvaltain dollarin vuonna 2023, ja keskimääräisen vuotuisen kasvuvauhdin (CAGR) odotetaan olevan 44,8 % vuosina 2023–2028, mikä hyötyy yleiskäyttöisten kvanttitietokoneiden teknologisesta kehityksestä ja Erikoistuneiden kvanttitietokoneiden laajan käytön tietyillä aloilla, kvanttilaskentateollisuuden kokonaismarkkinoiden odotetaan nousevan 811,7 miljardiin dollariin vuoteen 2035 mennessä.

Nousevana laskentateknologiana kvanttilaskenta on osoittanut läpimurtopotentiaalia monilla aloilla, kuten rahoituksessa, lääketieteessä ja kemianteollisuudessa. Niistä rahoitusala on potentiaalisesti tärkeä kvanttilaskennan sovellusalue. ICV:n ennusteiden mukaan kvanttilaskennan maailmanlaajuisista loppupään sovelluksista rahoitussektorilla on suurin markkinaosuus vuonna 2035, 51,9 %, mikä on merkittävä kasvu vuodesta 2035 lähtien. 15,8 % vuonna 2030. Seuraavaksi tulevat lääketeollisuus, jonka osuus on 20,5 % ja kemianteollisuus 14,2 %.

Kvanttilaskentaa käytetään laajasti rahoitusalalla kustannusten ja käsittelyajan vähentämiseksi. Tällä hetkellä se sisältää pääasiassa: riskienhallinnan ja hallinnan, johdannaisten hinnoittelun, salkun optimoinnin, arbitraasikaupan ja luottopisteytyksen.

Valtavirran rahoitusyhtiöt kotimaassa ja ulkomailla, kuten JP Morgan ja Goldman Sachs, ovat perustaneet kvanttiosastot kehittämään kvanttirahoitussovelluksia Origin Quantum ja China Economic Information Service Xinhua Finance julkaisivat yhdessä "Quantum Financial Applications", joka julkaistiin Xinhua Finance The -lehdessä. Sovellus on verkossa ja tarjoaa kvanttilaskentaa sijoitussalkun optimointiin, johdannaisten hinnoitteluun ja riskianalyysiin. China Construction Bank on aktiivisesti tutkinut ja harjoittanut kvanttitietotekniikan soveltamista, perustanut kvanttirahoitussovelluslaboratorion ja tehnyt yhteistyötä kotimaisen ja ulkomaisen Quantumin kanssa; turvallisuus- ja kvanttilaskentatiimit ovat tehneet yhteistyötä toteuttaakseen sarjan tulevaisuuteen suuntautuvia tutkimuksia ja innovatiivisia tutkimuksia. China Construction Bank on käynnistänyt kvanttitaloudelliset sovellusalgoritmit, kuten "Quantum Bayesian Network Algorithm" ja "Quantum Portfolio Optimization Algorithm". Nämä algoritmit ovat osoittaneet kvanttilaskennan mahdollisuudet riskianalyysissä ja portfolion optimoinnissa.

Lääketieteellisen tutkimuksen ja kehityksen sekä kemiallisen materiaalitieteen kannalta kvanttitietokoneet voivat simuloida monimutkaisia ​​kemiallisia reaktioita ja materiaalien ominaisuuksia, millä on suuri merkitys uusien lääkkeiden, uusien materiaalien löytämisessä ja kemiallisten reaktioprosessien optimoinnissa.

Uusilla materiaaleilla ja uusilla lääkkeillä on valtava taloudellinen arvo erityisesti lääketieteen alalla. Jos kvanttilaskenta voi korvata perinteisen kokeellisen yritys-erehdysmenetelmän laskennallisen analyysin avulla, se ei ainoastaan ​​lyhennä merkittävästi uusien lääkkeiden kehittämiseen kuluvaa aikaa, vaan myös säästää valtavasti. lääketieteen kehittämiskustannukset. Edistää kvanttilaskennan soveltamista lääketieteellisessä tutkimuksessa ja kehityksessä sekä materiaalitieteessä, mutta se on silti koordinoitava tiettyjen kvanttialgoritmien kanssa.

Heinäkuussa 2022 BGI Life Sciences Research Institute teki yhteistyötä Quanthuan Technologyn kanssa kvanttilaskennan sovellusten tutkimiseksi biotieteiden alalla. He käyttivät kvanttialgoritmeja saavuttaakseen genomin kokoonpanon, ratkaisivat genomin kokoamisongelman ja käyttivät vähemmän kvanttiresursseja suurempien kvanttijärjestelmien simulointiin, mikä tarjosi mahdollisuuden simuloida suuria järjestelmiä NISQ-aikakaudella.

Maaliskuussa 2022 Turing Quantum käytti tensoriverkkoteknologiaa saavuttaakseen 38 kertaa nopeamman kvantti tekoälylääkesuunnittelun tensorien supistumisen kautta ja lanseerasi sarjan kvantti tekoälysovellusmoduuleja, mukaan lukien QuOmics (genomiikka), QuChem (lääkemolekyylit) Neljä päämoduulia, mukaan lukien rakennesuunnittelu, QuDocking (Drug Virtual Screening) ja QuSynthesis (Chemical Molecule Retrosynthesis), ovat saavuttaneet vaihtelevia kvanttialgoritmien parannuksia.

Origin Quantum julkaisi huhtikuussa 2021 Origin Quantum Chemistry Application System ChemiQ 2.0:n, joka tarjoaa perustan kvanttilaskennan soveltamiselle kemian alalla ja mahdollistaa kvanttilaskennan innovatiiviset sovellukset uudessa lääketieteessä, uusissa materiaaleissa, uudessa energiassa ja muilla aloilla. .

Tekoälyn alalla, koska kubitit voivat olla useissa tiloissa, kvanttihermoverkkoja voidaan käyttää laajamittaisten tietokokonaisuuksien ja monimutkaisten mallien käsittelyyn. Tämä auttaa parantamaan tekoälyjärjestelmien suorituskykyä ja viemään tekoälyteknologiaa eteenpäin.

Kvanttilaskennan ja koneoppimisen yhdistelmä hyödyntäen kvanttitietokoneiden kykyä käsitellä suuria tietomääriä auttaa koneoppimista murtamaan liian monen parametrin pullonkaulan, mikä on tärkeä viimeaikainen tutkimussuunta. IBM on lisännyt Qiskit-arkkitehtuuriin koneoppimismoduulin, joka yhdistää kvanttilaskennan ja koneoppimisen edut sekä hyödyntää kvanttitietokoneiden etuja ison datan käsittelyssä kvanttikoneoppimismallien tulevaisuuden etujen selvittämiseksi.

4. Kvanttiviestintä ja turvallisuus

Tärkeänä kvanttiteknologian osa-alueena kvanttiviestintä on suuri läpimurto tiedonsiirtotekniikassa. Se on myös ensimmäinen ja kypsin kvanttiteknologia. Kvanttiviestintä tekee viestinnästä turvallisempaa, ja kvanttiviestintä, erityisesti kvanttiturvallinen viestintä, on periaatteessa otettu käytännön käyttöön. Kvanttiavainjakeluteknologiaan perustuvalla kvanttiturvallisella viestinnällä on monia teknisiä sovelluksia Kiinassa.

Kansallisten politiikkojen tuella kotimaani kvanttiviestintäteollisuus on kehittynyt nopeasti viime vuosina ja siitä on tullut maailman johtava asema. Monien erinomaisten yritysten ja tieteellisten tutkimuslaitosten jatkuvan osallistumisen ansiosta kvanttiviestintäteollisuudesta on tullut myös ensi- ja jälkimarkkinoiden painopiste.

4.1 Kvanttiturvallisen viestinnän välttämättömyys

Kvanttiteknologiaa pidetään tekniikan seuraavana virstanpylväänä. Kvanttilaskenta tuo harppauksen laskentatehoon ja tekee monimutkaisten ongelmien käsittelystä mahdollisimman lapsellista, oli kyse sitten lääkesuunnittelusta, ilmastosimulaatiosta tai suurten järjestelmien optimoinnista, kvanttilaskennan odotetaan näyttävän kykynsä. Mutta tämä kaksiteräinen miekka muodostaa myös valtavan uhan - se voi rikkoa suurimman osan nykypäivän salaustekniikoista hetkessä.

Perinteiset julkisen avaimen salausjärjestelmät, kuten RSA, ECC (elliptic curve cryptography) jne., perustuvat kokonaislukujen tekijöiden jakamisen ja diskreettien logaritmiongelmien laskennalliseen vaikeuteen. Niiden murtamiseen tarvittava aika on erittäin pitkä, ja ne ovat erittäin turvallisia tekniset olosuhteet.

Kvanttitietokoneiden kehityksen myötä kvanttialgoritmien, kuten Shorin algoritmin, on kuitenkin havaittu pystyvän ratkaisemaan nämä ongelmat nopeasti. Otetaan esimerkkinä RSA-algoritmi, tällä hetkellä suosituin ja laajimmin käytetty salausalgoritmi. Nykyisin yleisin on 2048-bittinen salaus (mitä pidempi avaimen pituus, sitä pidempi murtumisaika), ja Shor-algoritmi voi teoriassa. murtaa pitkäaikainen salaus vain 8 tunnissa jopa 2048-bittisellä RSA-salauksella, mikä uhkaa perinteisten julkisen avaimen salausjärjestelmien turvallisuutta.

Huoli kvanttitietokoneiden uhkasta perinteiselle kryptografialle on ollut olemassa jo jonkin aikaa, mutta niistä ei ole vielä tullut todellisuutta. Kvanttitietokoneen laskentateho riippuu sen käsittelemien kubittien määrästä. Nykyisissä kvanttitietokoneissa on vain satoja tai tuhansia kohinakubitteja, joita käytetään luomaan pieni määrä vakaita ja virheitä korjaavia kubitteja. Perinteisen salauksen uhka vaatii tuhansia vakaita kubitteja, jotka voivat vaatia miljoonia meluisia kubitteja. Siksi vaikka kvanttitietokoneiden ominaisuudet kehittyvät nopeasti, ne eivät ole vielä saavuttaneet tasoa, joka uhkaa klassista salausta, mutta jotkut alan asiantuntijat sanovat, että tämä taso voidaan saavuttaa seuraavien 5-10 vuoden aikana tai vähemmän.

Vaikka kvanttilaskennan uhka perinteiselle kryptografialle on vielä teoreettisessa vaiheessa, yksi suurimmista ongelmista tällä hetkellä on arkaluonteisen tiedon eteenpäin vieminen. Vaikka kvanttilaskentateknologia ei ole vielä saavuttanut todellista läpimurtoa, paljon salattua arkaluonteista tietoa on liikkeellä. verkossa, mikä tarkoittaa, että rikolliset voivat varastaa salattuja tietoja nyt ja tallentaa ne ja sitten purkaa sen, kun kvanttilaskentatekniikka kehittyy.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi kvanttiavainten jakelu (QKD, Quantum Key Distribution), jälkikvanttisalaus (PQC, Post-Quantum Cryptography), kvantti-satunnaislukugeneraattori (QRNG, Quantum Random Number Generator), kvanttiteleportaatio (kvanttiviestinnän turvatekniikat kuten QT (Quantum Teleportation), jonka joukossa QKD:tä pidetään teoriassa ainoana ehdottoman turvallisena viestintämenetelmänä, koska QKD-avainturva perustuu kvanttifysiikan lakeihin, ei matemaattisten ongelmien laskennalliseen monimutkaisuuteen. kotimaani QKD-tekniikkaan perustuva kvanttisuojattu tietoliikenneverkko on alkanut muotoutua, ja kaupalliset sovellukset kehittyvät edelleen, samalla kun PQC-algoritmia testataan parhaillaan standardointiesittelyssä.

4.2 Kvanttiturvallisen viestinnän tärkeimmät tekniikat

Kvanttilaskenta on "keihäs" ja kvanttiturvallinen viestintä on "kilpi". Ennen kuin "toinen kvanttiteknologian vallankumous" saapuu virallisesti, kvanttisuojatun viestintätekniikan kehitys tarjoaa uusia ratkaisuja tietoturvaan, erityisesti alueilla, joilla on korkeat turvallisuusvaatimukset, kuten valtion viestintä, taloustoimet ja kansallinen puolustusturvallisuus. Teknologian jatkuvan kypsymisen ja sovellusten edistämisen myötä kvanttisuojatun viestinnän odotetaan rakentavan tulevaisuudessa turvallisempaa ja luotettavampaa viestintäverkkoa.

(1) Quantum Random Number Generator (QRNG)

Satunnaislukugeneraattori on laite tai algoritmi, joka pystyy generoimaan satunnaislukujen sarjan. Satunnaislukugeneraattorit ovat erittäin tärkeitä kryptografiassa, ja niitä käytetään salausavaimien, alustusvektoreiden (IV) ja muiden salassa pidettävien parametrien luomiseen. Ne varmistavat salausprosessin turvallisuuden ja arvaamattomuuden.

Satunnaislukugeneraattorit jaetaan todellisiin satunnaislukugeneraattoreihin (TRNG, True Random Number Generator) ja pseudosatunnaislukugeneraattoreihin (PRNG, Pseudo-Random Number Generator). kuten elektronit, laitteiden lämpökohina, radioaktiivinen hajoaminen, fotonien saapumisaika jne. Koska ne perustuvat arvaamattomiin fysikaalisiin prosesseihin, niitä pidetään "todella" satunnaisina. PRNG käyttää determinististä algoritmia, joka alkaa alkutilasta (siemenestä) ja generoi satunnaisen numerosarjan algoritmisääntöjen mukaisesti.

Koska TRNG voi tuottaa rajoitetun määrän satunnaislukuja sekunnissa, TRNG:tä käytetään yleensä PRNG:n "siemenenä" todellisen ja toistamattoman satunnaislukusekvenssin luomiseen. Vaikka PRNG:tä kutsutaan myös satunnaislukugeneraattoriksi, se on itse asiassa erittäin ennustettavissa. , niin kauan kuin algoritmi ja siementila tunnetaan, täydellisen TRNG:n löytäminen on aina ollut tärkeä tutkimussuunta.

Kvanttisatunnaislukugeneraattori (QRNG) on täydellinen TRNG QRNG lainaa kvanttimekaniikan kvantti-satunnaista superpositiota ja käyttää kvanttimaailman todennäköisyysominaisuuksia luodakseen todella satunnaisen avaimen. Koska QRNG:n kvanttimekanismi on täysin hallittu ja ymmärretty, tiedon salauksessa on käytetty satunnaislukuja tuottavia kvanttikomponentteja. QRNG:n nykyinen päätutkimus- ja kehityssuunta on tuottaa taloudellisempia, nopeampia ja pienempiä kvanttisatunnaisia ​​siruja.

(2) Quantum Key Distribution (QKD)

Quantum Key Distribution (QKD) käyttää kvanttitiloja tiedon siirtämiseen ja avainten jakamiseen tietyn protokollan kautta. Tämä tekniikka soveltaa kvanttimekaniikan perusominaisuuksia varmistaakseen, että lailliset käyttäjät havaitsevat kaikki yritykset varastaa lähetetty avain saavuttaa toistaiseksi ainoa teoreettisesti ehdoitta turvallinen viestintämenetelmä.

Kvanttiavainjakauman (QKD) avain on käyttää kvanttitilasta ainetta salasanana, ja kvanttitilalla on seuraavat kaksi avainominaisuutta, mikä varmistaa turvallisen tiedonsiirron:

Ensinnäkin kvanttitilan mittaus muuttaa sen tilaa: Kvanttimekaniikan epävarmuusperiaatteen mukaan kvanttitilan mittaus saa sen tilan muuttumaan. Jos joku yrittää varastaa tiedon lähetyksessä, kvanttitila on mitattava, mikä vaikuttaa kvanttijärjestelmään ja jonka lailliset käyttäjät huomaavat.

Toiseksi kvanttitilojen kloonaamattomuus: Kvanttimekaniikan periaatteiden mukaan tuntematonta kvanttitilaa on mahdotonta täydellisesti kopioida. Tämä tarkoittaa, että kvanttitilan täydellistä tietoa ei voida varastaa lähetysprosessin aikana, mikä varmistaa tiedon turvallisuuden.

Tässä vaiheessa kvanttisuojattu viestintätekniikka käyttää pääasiassa QKD-verkkoa avainten turvallisen jakelun saavuttamiseksi ja yhdistää sen sitten symmetriseen salaustekniikkaan varmistaakseen turvallisen tiedonsiirron. Yksinkertaisesti sanottuna optinen kvanttitilan lähetys- ja vastaanottolaitteisto, joka voi korvata yleisesti käytettyjen optisten moduulien toiminnot, on lisätty yksimuotoisen optisen kuidun molempiin päihin fyysiseen salaukseen perustuvan turvallisen viestinnän saavuttamiseksi.

QKD-teknologia on avainteknologia kvanttiviestinnän toteuttamisessa, mutta erilaisten suojattujen QKD-protokollien ansiosta nopeat ja pitkät siirtoetäisyydet tarjoavat kvanttiverkot ovat myös välttämätön osa kvanttiviestinnän toteuttamista. Vaikka kvanttiviestintäteknologia on alun perin tullut käytännölliseksi QKD:n ja muiden ratkaisujen vetämänä, lähetysetäisyys ja hinta ovat edelleen koko teollisuuden soveltamista ja teollista kehitystä rajoittavia tekijöitä. Kaupallisen kuitupohjaisen pisteestä pisteeseen QKD:n lähetysetäisyys on rajallinen, kun taas satelliitti-maa QKD pitkän matkan lähetys vaatii kalliita komponentteja, kuten satelliitteja. Kvanttiviestinnän tuleva kehitystavoite on rakentaa laaja-alainen kvanttiviestintäverkkojärjestelmä, joka kattaa maailman, ja siihen liittyvät teknologiat tarvitsevat vielä läpimurtoja.

(3) Kvanttiteleportaatio (QT)

Kvanttiteleportaatio (QT) on kvanttimekaniikan periaatteisiin perustuva tiedonsiirtomenetelmä. Se mahdollistaa kvanttijärjestelmän (kuten kubitin) tilan siirtämisen tarkasti paikasta (kutsutaan usein "lähetyspääksi") toiseen paikkaan (kutsutaan usein "vastaanottopääksi") ilman fyysistä lähetysvälinettä. Kvanttiteleportaatio ei sisällä itse aineen hetkellistä liikettä, vaan kvanttiinformaation välitöntä siirtoa.

Kvanttiteleportaation toteutus perustuu seuraaviin kvanttimekaanisiin periaatteisiin:

Kvanttikietoutuminen: Kahden tai useamman kvanttihiukkasen välillä on erityinen yhteys, vaikka ne olisivat kaukana toisistaan, yhden hiukkasen tilan muutos vaikuttaa välittömästi muiden siihen kietoutuneiden hiukkasten tilaan.

Ei-kloonaus Kvanttitilojen lause: Tuntemattomasta kvanttitilasta on mahdotonta tehdä täydellistä kopiota.

Kvanttimittaus: Kvanttijärjestelmien mittaus johtaa tilan romahtamiseen, ja mittaustulokset ovat yleensä satunnaisia.

Kvanttiteleportaation perusvaiheet sisältävät:

a. Valmista pari sotkeutunutta hiukkasta ja lähetä toinen vastaanottavaan päähän ja toinen lähetyspäähän.

b. Suorita lähetettävän kubitin ja sotkeutuneiden hiukkasten erityinen mittaus lähetyspäässä. Tämä mittaus saa aikaan kubitin tiedon siirtymisen takertuneeseen hiukkaseen vastaanottopäässä, mutta prosessi on satunnainen ja tuhoaa alkuperäisen kubitin tilan.

c. Lähetä yhteiset mittaustulokset (perinteiset tiedot) vastaanottajalle tavallisia viestintäkanavia (kuten puhelin tai Internet) kautta.

d. Vastaanottava pää suorittaa saadun klassisen tiedon perusteella joukon kvanttioperaatioita hallussaan oleville sotkeutuneille hiukkasille rekonstruoidakseen alkuperäisen kubitin tilan.

Tämän prosessin kautta lähettäjän kvanttiinformaatio "lähetetään näkymättömästi" vastaanottajalle. On tärkeää huomata, että kvanttiteleportaatio ei salli valoa nopeampaa kommunikaatiota, koska alkuperäisen tilan rekonstruointi perustuu klassisten viestintäkanavien kautta välitettyyn informaatioon ja tätä siirtonopeutta rajoittaa valon nopeus.

Kvanttiteleportaatiota tutkitaan tällä hetkellä pääasiassa laboratorioympäristössä. Kvanttiteleportaatio on avainteknologia pitkän matkan kvanttiviestinnän ja kvanttiverkkojen toteuttamisessa, ja sillä odotetaan olevan tärkeä rooli tulevaisuuden kvantti-Internetissä.

(4) Post-quantum cryptography (PQC)

PQC-teknologialla tarkoitetaan sellaisten salausalgoritmien kehittämistä ja suunnittelua, jotka kestävät kvanttitietokonehyökkäyksiä. Tällä hetkellä PQC ja kvanttisalauksen ala ovat kehittäneet erilaisia ​​salaustekniikoita ja -algoritmeja torjuakseen kvanttilaskennan uhkia. Tarkoituksena on välttää kokonaislukujen tekijöiden jakamista ja diskreettien logaritmien käyttöä tietojen salaamiseen. Erityisiä menetelmiä ovat hilapohjainen salaus, hash-pohjainen salaus, koodipohjainen salaus ja monimuuttujapohjainen salaus.

Näistä hilapohjaista salaustekniikkaa pidetään tällä hetkellä merkittävimpänä ja luotettavimpana. National Institute of Standards and Technologyn (NIST) johtamassa maailman vaikutusvaltaisimmassa PQC-standardointityössä sen vuonna 2023 valitsemasta neljästä standardoidusta algoritmista kolme on hilapohjaisia ​​salaustekniikoita.

Vaikka uusi post-kvanttisalaus kestää Shorin kvanttialgoritmia, se ei ole idioottivarma. Toisaalta, vaikka nämä post-kvanttisalauksen ongelmat näyttävät tällä hetkellä vaikealta ratkaista, tulevaisuudessa voidaan löytää uusia menetelmiä näiden ongelmien ratkaisemiseksi Parametrien valinnan ongelmat voivat olla mahdollisia tietoturva-aukkoja.

On raportoitu, että PQC-algoritmin nykyinen tietoturva on laajentunut teoreettisista matemaattisista haavoittuvuuksista käytännön sovellustasoille Kyber Key Encapsulation Mechanism (KEM), joka on yksi NIST:n nimeämistä standardoiduista algoritmeista, ja se on paljastunut sivukanavien vaikutuksesta vuonna 2023. Tietoturva-aukkoja hyökkäyksissä.

Varsinaisten hyökkäysten ilmaantuminen korostaa mahdollisten haavoittuvuuksien nopean tarkistamisen ja korjaamisen tärkeyttä PQC-algoritmia käytettäessä, mikä saa aikaan PQC-algoritmin jatkuvan parantamisen ja kehityksen turvallisuuden parantamiseksi todellisissa sovellusskenaarioissa.

Salaustekniikka on erittäin tärkeässä asemassa kansallisen turvallisuuden kannalta. Digitaalisen maailman pitämiseksi turvassa PQC-tekniikan on jatkuvasti kehitettävä ja päivitettävä sopeutumaan uusiin uhkiin milloin tahansa.

4.3 Kvanttiviestintäverkko ja kvantti-Internet

(1) Kvanttiviestintäturvaverkon rakentamisen tila maassani

Kvanttisuojatun viestintäverkon ydinlaitteistoon kuuluvat QKD-tuotteet, kanava- ja avainverkkovaihtotuotteet jne. Tällä hetkellä toteutettavissa olevia kvanttisuojattuja viestintäverkkoja ovat lähiverkot, pääkaupunkiseutuverkot ja runkoverkot.

Lähiverkko toteuttaa useiden päätelaitteiden pääsyn yksikköön tai paikkaan, eikä sillä ole suuria etäisyysvaatimuksia. Pääkaupunkiseutuverkko vastaa eri alueiden yhdistämisestä kaupungin sisällä, yhdistäen nousevan siirtotien runkoverkon ja alaslinkin paikallisen verkon; alueverkko ja runkoverkko toteuttaa maakuntien välistä ja rajat ylittävää viestintää. Kaupunkiyhteyksiä (mukaan lukien maanpäälliset valokuitu- ja satelliitti-maa-asemat) hallitsevat tällä hetkellä maanpäällinen valokuitu, jolla on korkeat etäisyysvaatimukset.

Elokuussa 2016 kotimaani laukaisi onnistuneesti maailman ensimmäisen kvanttitieteellisen kokeellisen satelliitin, Mozin, ja siitä tuli ensimmäinen maa maailmassa, joka on saavuttanut kvanttiviestinnän satelliitin ja maan välillä, ja varmisti täysin satelliittialustojen käytön maailmanlaajuisen kvanttiviestinnän saavuttamiseksi. toteutettavuus.

Vuonna 2018 Kiinan tiedeakatemian tytäryhtiö Guoke Quantum Communication Network Co., Ltd. otti tehtäväkseen rakentaa kansallisen laaja-alaisen kvanttisuojatun viestinnän ensimmäisen vaiheen kansallisen kehitys- ja uudistuskomission suostumuksella. runkoverkko Vuonna 2022 koko linja valmistuu ja hyväksytään. Kansallinen kvanttirunkoverkko kattaa tärkeitä kansallisia strategisia alueita, kuten Peking-Tianjin-Hebei, Jangtse-joen suisto, Guangdongin-Hongkongin-Macaon suurlahden alue ja Chengdu-Chongqingin talouspiiri Maan runkojohtojen kokonaiskilometrimäärä ylittää 10 000 kilometriä Se on maailman ensimmäinen ja tällä hetkellä ainoa laajamittainen kvanttiverkko.

Kesäkuussa 2023 5. Jangtse-joen suiston integroidun kehityksen korkean tason foorumissa julkistettiin Guoke Quantumin rakentaman ja ylläpitämän Jangtse-joen suiston alueellisen kvanttisuojatun tietoliikenteen runkoverkon rakentamisen tulokset. Kvanttisuojatun viestinnän runkoverkon kokonaiskilometrimäärä Jangtse-joen suistoalueella on noin 2 860 kilometriä, mikä muodostaa rengasverkon, jonka ydinsolmuina ovat Hefei ja Shanghai, joka yhdistää Nanjingin, Hangzhoun, Wuxin, Jinhuan, Wuhun ja muita kaupunkeja.

Metropolialueverkon osalta elokuussa 2022 Hefei, Anhuin maakunta avasi Hefei Quantum Metropolitan Area Networkin, joka oli tuolloin maan suurin, laajimmin katettu ja laajimmin käytetty kvanttikaupunkiverkko, mukaan lukien 8 ydintä. verkkosivustoja ja 159 pääsyverkkosivustoa, optisen kuidun kokonaispituus on 1147 kilometriä.

Tällä hetkellä kahdellakymmenellä tai kolmellakymmenellä kaupungilla on omat kvanttipääkaupunkiseutuverkkonsa, ja kvanttirunkoverkkojen runkojohtojen rakentamisen odotetaan myös nopeuttavan metropoliverkkojen rakentamista vastaavissa tukikaupungeissa. Shanghain esimerkkinä 22. maaliskuuta 2024 pidetyssä Shanghain teollisuusteknologian innovaatiokonferenssissa Shanghai Telecom totesi aikovansa rakentaa kvanttiturvallisen suurkaupunkialueverkon Shanghain alueelle. Rakentamisen ensimmäisen vaiheen odotetaan valmistuvan vuonna 2024, jolloin siitä tulee valtakunnallinen Ensimmäinen benchmark esimerkki käytännön kvanttiviestintäverkosta.

Panostus kvanttirunkoverkon rakentamiseen ja koko projektin koko on melko suuri, mutta tällä hetkellä kvanttiverkkosovelluksia ja asiakasryhmiä on vähemmän kuin perinteisiä projekteja. Siksi eri teollisuudenalojen on edelleen edistettävä myöhempiä kvanttisovelluksia yhdessä koko kvanttiverkon rakentamisen nopeuttamiseksi.

"Neljän uuden" (uudet radat, uudet teknologiat, uudet alustat ja uudet mekanismit) standardien mukaisesti valtioneuvoston valtion omaisuuden valvonta- ja hallintokomissio on äskettäin valinnut ja määrittänyt ensimmäisen erän aloittavia yrityksiä. nopeuttaa uusien peltojen ja uusien ratojen asettelua, viljellä ja kehittää uusia tuotantovoimia ja keskittyä layoutiin Nousevat alat, kuten tekoäly, kvanttitieto ja biolääketiede.

Aiemmin tammikuussa 2024 seitsemän osastoa, mukaan lukien teollisuus- ja tietotekniikkaministeriö, tiede- ja teknologiaministeriö sekä valtioneuvoston valtion omaisuuden valvonta- ja hallintokomissio, antoivat yhdessä "Toteutuslausunnot tulevaisuuden teollisen innovaation edistämisestä ja Kehitys" ja ehdotti uusien raitojen ennakoivaa käyttöönottoa seuraavan sukupolven matkaviestinnän, satelliitti-Internetin teollisten sovellusten, kvanttiinformaation ja muiden teknologioiden edistämiseksi.

Asiaankuuluvien politiikkojen intensiivinen julkistaminen heijastaa maani ymmärrystä kvanttiviestintäteknologian merkityksestä, tarjoaa vahvaa poliittista tukea teollisuuden kehitykselle ja sen odotetaan edistävän Kiinan kvanttiviestintäteollisuutta saavuttamaan uusia korkeuksia tulevaisuudessa.

(2) Kvantti-Internet

Kvantti-Internet on uusi kvanttitietotekniikkaan perustuva viestintäverkkokonsepti. Se hyödyntää kvanttimekaniikan periaatteita tiedon tuottamisessa, tallentamisessa, siirtämisessä ja käsittelyssä. Klassiseen fysiikan periaatteisiin perustuvasta perinteisestä Internetistä poiketen kvantti-Internetin ytimenä on käyttää kubittien ja kvanttisidonnan ominaisuuksia turvallisempien ja tehokkaampien viestintäominaisuuksien tarjoamiseksi.

Sen lisäksi, että kvantti-Internet siirtää kvanttitietoa ehdottoman turvallisesti, se voi myös käyttää kvanttiantureita ja kvanttitietokoneita kvanttitarkkuusmittauksiin, kvanttidigitaalisiin viisumeihin, hajautettuun kvanttilaskentaan jne.

Kvantti-Internetissä on kolme pääkohtaa: ensinnäkin verkkoon kytketyt laitteet ovat kvanttilaitteita, kolmanneksi verkko lähettää kvanttimekaniikkaan;

Vaikka joitain kvanttiviestintäsatelliitteja ja -tukiasemia on rakennettu ja alueiden välinen kvanttiavainten jakelu on onnistunut, globaalin kvantti-Internetin rakentaminen kohtaa edelleen valtavia teknisiä ja teknisiä haasteita, jotka edellyttävät turvallisuusongelmien ratkaisemista todellisissa olosuhteissa pitkän matkan lähetysongelmia.

Tällä hetkellä valokuitua käyttävän pisteen välisen QKD:n turvallinen etäisyys on noin 100 kilometriä Nykyisellä tekniikalla kvanttiviestinnän etäisyyttä voidaan pidentää tehokkaasti luotettujen toistimien avulla.

Vuonna 2017 maani kvanttisuojattu tietoliikennerunkolinja "Beijing-Shanghai Trunk Line", 32 välityssolmun kautta, yhdisti koko noin 2 000 kilometrin pituisen kaupunkien välisen optisen kuitukvanttiverkon ja telakoitiin onnistuneesti kvanttisatelliittiin "Mozi" ja rakensi maailman. ensimmäinen tähtien ja maan välinen kvanttiinternet.

Tammikuussa 2018 Kiina ja Itävalta saavuttivat mannertenvälisen kvanttiavaimen jakautumisen 7 600 kilometrin etäisyydellä ensimmäistä kertaa ja käyttivät jaettua avainta salatun tiedonsiirron ja videoviestinnän saavuttamiseen, mikä osoitti, että "Mozi" pystyy saavuttamaan mannertenvälisen kvantin. avainten jakelu kyky kommunikoida luottamuksellisesti.

Internetin keksintö on tuonut ihmiskunnan tiedon aikakauteen, ja kvantti-Internet tarjoaa mahdollisuuden muuttaa maailmaa Suuret maat ympäri maailmaa suunnittelevat aktiivisesti. Elokuussa 2020 Yhdysvaltain energiaministeriö julkaisi raportin "Establishing a National Quantum Network to Lead a New Era of Communications", jossa ehdotetaan strategista suunnitelmaa kansallisen kvantti-Internetin rakentamiseksi 10 vuodessa.

Yleisesti ottaen kaupallisia kvanttitietokoneita ei ole vielä sovellettu laajassa mittakaavassa, ja kvanttitietokoneita yhdistävä kvantti-Internet on edelleen tulevaisuuden konsepti. Eri maiden tällä hetkellä edistämä kvanttiturvallinen QKD-viestintäverkko on kvantti-Internetin prototyyppi kvantti-Internetin tavoitteena on yhdistää kvanttilaskenta, kvanttimittaus ja muu toiminnallinen integraatio.

4.4 Kvanttiviestinnän sovellukset

ICV:n ennusteiden mukaan maailmanlaajuiset kvanttiviestintämarkkinat ovat noin 2,3 miljardia dollaria vuonna 2021, ja niiden odotetaan kasvavan 15,3 miljardiin dollariin vuoteen 2025 mennessä ja 42,1 miljardiin dollariin vuoteen 2030 mennessä, ja CAGR on noin 34 prosenttia vuosina 2021–2030. .

Kvanttiviestintäalan ketju jakautuu pääasiassa alkupään komponentteihin ja ydinlaitteisiin, keskivirran siirtolinjoihin ja järjestelmäalustoihin sekä loppupään tietoturvasovellusmarkkinoihin. Tällä hetkellä kvanttiviestintämarkkinat ovat vielä viestintäverkkoinfrastruktuurin rakennusvaiheessa, ja ydinlaitteet ja -ratkaisut ovat edelleen teollisen ketjun avain. ICV:n tietojen mukaan alkupään ja keskivirran ydinlaitteiden ja -ratkaisujen markkinakoon odotetaan olevan 80 % vuonna 2025, noin 12,24 miljardia dollaria.

Kotimaani nykyisen kvanttiviestintäinfrastruktuurin rakentamisen perusteella yli 12 000 kilometriä kvanttirunkoverkkoja on saatu päätökseen. Kokonaissuunnitelman mukaan runkoverkkorakentamista voi olla tulevaisuudessa lähes 20 000 kilometriä, ja se käsittää Pekingistä Lanzhouhun, Zhangjiakouhun, Xi'aniin ja muihin paikkoihin.

Kun kotimaani kvanttiviestintäverkkoinfrastruktuuria parannetaan edelleen, myös loppupään kaupallisia sovelluksia kannattaa odottaa. ICV-konsultointitiedot osoittavat, että kvanttiviestinnän loppupään sovellusten markkinoiden koko vuonna 2021 on noin 230 miljoonaa dollaria. Kvanttiviestinnän loppupään sovellusten markkinoiden koon odotetaan olevan US$3,06 miljardia vuonna 2025 ja saavuttavan 11,788 miljardia dollaria vuonna 2030. CAGR vuodesta 2021. vuoteen 2030 on noin 54,87 %.

Tällä hetkellä kvanttiturvallinen viestintä rajoittuu edelleen sellaisille aloille kuin maanpuolustus, talous ja hallitus.

Heistä Guodun Quantum on yhteinen kumppani, joka integroi kvanttitietoturvateknologian big dataan, pilvipalveluihin, esineiden internetiin, tekoälyyn jne. edistääkseen yhdessä "Quantum+" -teollista ekologiaa. Guodun Quantum ja China Telecom ovat yhdessä tuoneet markkinoille tuotteita ja palveluita, kuten "Quantum Security OTN Private Line" ja "Quantum Encrypted Intercom". -osakeyhtiö Zhejiang Guodun Electricity on toteuttanut "kvantti + 5G" -sovellusten esittelyjä Zhejiangin maakunnan ensimmäinen "kvantti + sähköasema" on otettu käyttöön Shaoxingissa, kuten DingTalk (Kiina). kehittää yhdessä sarja suojattuja toimistotuotteita, kuten "Quantum Security Application Portal".

Quantum Key Distribution (QKD) -verkkoteknologian kypsyessä ja päätelaitteista tulee liikkuvia ja pienennettyjä, kvanttiturvalliset viestintäsovellukset laajenevat tietoliikenneverkkoihin, yritysverkkoihin, henkilökohtaisiin kotiverkkoihin ja muille aloille.

5. Kvanttitarkkuusmittaus

Kvanttitarkkuusmittaustekniikka perustuu kvanttimekaniikkaan perusteoriana. Se käyttää teknisiä periaatteita, kuten hiukkasten energiatason siirtymistä, kvanttikietoutumista ja kvanttikoherenssia mikroskooppisten hiukkasten, kuten atomien ja fotonien, kvanttitilojen valmistukseen, mittaamiseen ja lukemiseen. toteuttaa fyysisiä parametreja, kuten fyysisten parametrien, kuten magneettikentän, taajuuden, sähkökentän, ajan, pituuden jne., korkean tarkkuuden mittaus.

5.1 Kvanttitarkkuusmittauksen määritelmä

Tärkeitä teknisiä välineitä kvanttitarkkuusmittauksessa ovat: mikroskooppinen hiukkasten energiatason mittaus, kvanttikoherentti superpositiomittaus ja kvanttimekaniikan mittaus, jotka ovat myös kvanttimekaniikan perusominaisuuksia.

(1) Perustuu mikroskooppiseen hiukkasenergiatason mittaukseen

Bohrin atomiteorian mukaan atomit vapauttavat sähkömagneettisia aaltoja siirtyessään korkeasta "energiatilasta" alhaiseen "energiatilaan". Tämä sähkömagneettisen aallon ominaistaajuus on epäjatkuva. Kun mitattava fysikaalinen suure on vuorovaikutuksessa kvanttijärjestelmän kanssa, kvanttijärjestelmässä tapahtuu muutoksia, kuten energiatason muutos, energiatason jakautuminen tai rappeutuminen. Tällä hetkellä kvanttijärjestelmä säteilee tai absorboi spektriä ja säteilyn energiaa tai absorptiospektri liittyy mitattavan energian määrään suhteessa fysikaalisiin suureisiin. Mikroskooppiseen hiukkasten energiatason mittaamiseen perustuvalla tekniikalla on korkeat vaatimukset ulkoiselle ympäristölle (kuten lämpötila, magneettikenttä jne.) ja se perustuu kvanttitilamanipulaatioteknologiaan. Esimerkiksi vuonna 1967 9192631770 kertaa elektronin energiatason siirtymäjakso cesiumatomissa määriteltiin 1 s:ksi, mikä sovelsi mikroskooppisten hiukkasten energiatasojen teknistä periaatetta.

(2) Kvanttikoherenssiin perustuva mittaus

Kvanttikoherenssiin perustuva mittaustekniikka hyödyntää pääasiassa kvanttijärjestelmän fluktuaatio-ominaisuuksia atomisäteistä. Atomigyroskoopit, painovoimagradiometrit jne. käyttävät kvanttikoherenssiin perustuvia teknisiä periaatteita. Kvanttikoherenssiin perustuvia teknisiä keinoja on sovellettu sellaisilla aloilla kuin painovoiman ilmaisu ja inertianavigointi. Seuraava kehitystrendi on miniatyrisointi ja sirukehitys järjestelmän käytännöllisyyden parantamiseksi.

(3) Mittaus perustuu kvanttisekoittumiseen

Kvanttikietoutumiseen perustuva mittaustekniikka asettaa n kvanttia sotkeutuneeseen tilaan. Ulkoisen ympäristön vaikutukset n kvanttiin tulevat koherentisti päällekkäin, jolloin lopullinen mittaustarkkuus saavuttaa 1/n yhden kvantin. Tämä tarkkuus rikkoo klassisen mekaniikan laukauskohinarajan ja on korkein saavutettavissa oleva tarkkuus kvanttimekaniikan teorian puitteissa - Heisenbergin raja. Tällä hetkellä kvanttiketumiseen perustuvan mittaustekniikan sovellusalueita ovat kvanttiviestintä, kvanttisatelliittinavigointi, kvanttitutka jne.

Yksinkertaisesti sanottuna kvanttitarkkuusmittauksessa käytetään kvantti-superpositiota ja kvanttitakeutumista rikkomaan perinteisen mittaustekniikan klassiset rajat perusperiaatteista alkaen ja yhdistämään erilaisia ​​ympäristön muutoksia, kuten lämpötila, magneettikenttä, paine, aika, pituus, paino jne. Erilaisia ​​fyysisiä perussuureita ja johdettuja suureita on nostettu kvanttirajoihin.

5.2 Kvanttitarkkuusmittaustekniikan kehitystilanne ja vaikeudet

Kolmen suuren kvanttitiedon alan joukossa kvanttimittauksella on erilaisten teknisten suuntien, monipuolisten sovellusskenaarioiden ja selkeiden teollistumisnäkymien ominaisuuksia. Kunkin kvanttimittauksen teknisen suunnan kehityskypsyys on varsin erilainen. Teknisessä tutkimuksessa ja tutkimuksessa on kypsiä kaupallisia tuotteita, kuten atomikellot ja atomigravimetrit, sekä prototyyppituotteita, kuten kvanttimagnetometrit, optiset kvanttitutkat ja kvanttigyroskoopit. kehitys- ja sovellustutkimusvaiheet sekä prototyypit, kuten kvanttikorrelaatiokuvaus ja Rydberg-atomiantenni, jotka ovat vielä ratkaisemassa järjestelmäteknologian ongelmia.

Kvanttitarkkuusmittaustekniikan edistyminen vaatii ristiinfuusiota ja innovaatioita kvanttifysiikan, materiaalitieteen, optiikan, elektroniikan ja muiden alojen alalla. Se kohtaa monia teknisiä vaikeuksia, kuten:

(1) Kvanttikietouden luominen ja ylläpito: Kvanttikietoutuminen on keskeinen resurssi kvanttitarkkuusmittauksissa, mutta kokeissa ei ole helppoa luoda laadukkaita sotkeutuneita tiloja, ja sotkeutuneita tiloja on helppo purkaa ulkoisen ympäristön häiriöiden vuoksi ( eli epäkoherenssi).

(2) Dekoherenssi ja melunhallinta: Kvanttijärjestelmät ovat erittäin hauraita, ja niihin vaikuttaa helposti ulkoinen ympäristö, mikä johtaa kvanttitilojen epäkoherenssiin. Samanaikaisesti myös erilaiset melulähteet, kuten lämpökohina, sähkömagneettinen kohina jne., häiritsevät mittaustuloksia. Siksi erittäin tarkkojen mittausten saavuttaminen edellyttää erinomaista kohinan ja epäkoherenssin hallintaa.

(3) Ilmaisimen tehokkuus ja resoluutio: Kvanttitarkkuusmittaukset vaativat usein korkean tehokkuuden ja korkearesoluutioisia ilmaisimia kvanttitilojen havaitsemiseen. Nykyisissä ilmaisimissa on vielä parantamisen varaa, erityisesti tunnistustehokkuuden ja ajallisen resoluution suhteen.

(4) Järjestelmän kalibrointi ja virheanalyysi: Mittauksen tarkkuuden varmistamiseksi kvanttimittausjärjestelmä on kalibroitava tarkasti. Lisäksi mittaustulosten virheanalyysi on myös erittäin monimutkaista, ja monet tekijät, kuten systemaattiset virheet ja tilastovirheet, on otettava huomioon.

(5) Kvanttitilojen hallinta: Kvanttitarkkuusmittaus edellyttää usein kvanttitilojen tarkkaa hallintaa, mukaan lukien tiettyjen kvanttitilojen valmistaminen ja tarkan kvanttitilan muuntamisen saavuttaminen. Nämä toiminnot vaativat erittäin korkeaa kokeellista taitoa.

(6) Materiaalien ja laitteiden kehittäminen: Kvanttitarkkuuden mittaamiseen tarkoitettujen materiaalien ja laitteiden, kuten kvanttipisteiden, suprajohtavien kvanttiinterferometrien jne., valmistuksen on täytettävä kvanttimittauksen tarpeet, mutta niillä on oltava myös stabiilisuus ja toistettavuus haaste sekä materiaalitieteessä että laitesuunnittelussa.

(7) Suuren mittakaavan kvanttijärjestelmien skaalautuvuus: Vaikka olemme pystyneet saavuttamaan suhteellisen tarkan pienen mittakaavan kvanttijärjestelmien hallinnan, näiden tekniikoiden laajentaminen suuriin järjestelmiin tarkempien mittaustulosten saamiseksi on edelleen iso haaste.

Kvanttiteknologian jatkuvan kehityksen myötä nämä vaikeudet voitetaan vähitellen, mikä edistää kvanttitarkkuusmittauksen laajentamista käytännön sovellusalueille. Kansainvälinen metrologinen järjestelmä on kehitysvaiheessa ja siirtymässä klassiseen fysiikkaan perustuvista fysikaalisista standardeista "kvanttistandardeihin".

Valtioneuvoston vuonna 2021 julkaisemassa mittausten kehittämissuunnitelmassa (2021-2035) ja valtioneuvoston vuonna 2022 julkaisemassa markkinavalvonnan modernisoinnin 14. viisivuotissuunnitelmassa mainittiin selvästi tarve perustaa kansallinen nykyaikainen edistynyt mittausjärjestelmä. Kvanttimetrologian ydinjärjestelmänä on kehitettävä ja vahvistettava kvanttimittausstandardeja, tutkittava kvanttivaikutuksiin ja fysikaalisiin vakioihin perustuvaa kvanttimittaustekniikkaa sekä edistettävä mittausstandardien päivittämistä.

5.3 Kvanttitarkkuusmittauksen soveltaminen

ICV:n tietojen mukaan maailmanlaajuisten kvanttitarkkuustiheysmarkkinoiden odotetaan kasvavan 1,47 miljardista Yhdysvaltain dollarista vuonna 2023 3,90 miljardiin dollariin vuonna 2035, mikä osoittaa jatkuvaa nousutrendiä 7,79 prosentin vuotuisen kasvuvauhdin kanssa. Niistä kolmella suurella markkinasegmentillä eli kvanttikelloilla, kvanttigravimetrillä ja -gradiometrillä sekä kvanttimagnetometrillä on suuret markkinat, ja ne kattavat yhteensä noin 85 % kvanttitarkkuusmittausten markkinoista.

(1) Kvanttikello

Suhteellisen kypsänä kvanttitarkkuusmittaustuotteena atomikelloilla on erittäin tarkat ja vakaat ajanmittausominaisuudet. Tällä hetkellä optinen atomikelloteknologia laajentaa nopeasti sovellusalueitaan kattamaan useita toimialoja, kuten rautateiden matkaviestinnän, datakeskukset, maanpuolustuksen ja tieteellisen mittauksen. Tämä suuntaus osoittaa, että optiset atomikellot eivät ainoastaan ​​toimi hyvin tieteellisissä laboratorioissa, vaan ovat myös vähitellen siirtymässä käytännön sovelluksiin tarjoamalla tarkkoja ajanmittaus- ja synkronointipalveluita eri toimialoille.

Kvanttikellot voivat olla tärkeässä roolissa monilla aloilla niiden erittäin korkean vakauden ja tarkkuuden vuoksi. Seuraavassa on joitain pääsovellusskenaarioita:

Global Positioning System (GPS) ja satelliittinavigointi: Kvanttikelloja voitaisiin käyttää parantamaan GPS:n ja muiden satelliittinavigointijärjestelmien tarkkuutta. Koska nämä järjestelmät luottavat tarkkoihin aikamittauksiin paikkatietojen laskemiseen, kvanttikellot voivat parantaa huomattavasti niiden suorituskykyä ja luotettavuutta.

Tieteellinen tutkimus: Fysiikan kokeet, erityisesti ne, joissa mitataan erittäin pieniä aikaeroja, voivat hyötyä kvanttikellojen suuresta tarkkuudesta ja vakaudesta. Tämä sisältää fysikaalisten perusvakioiden mittaukset, tarkkuuskvanttikokeet, astrofysiikan havainnot ja maailmankaikkeuden peruslakien tutkimisen.

Viestintäverkot: Kvanttikellot voivat parantaa verkon synkronoinnin tarkkuutta, mikä on kriittistä nopeiden tiedonsiirto- ja viestintäjärjestelmien luotettavuuden ylläpitämisessä. Datakeskusten ja verkkoinfrastruktuurin laajentuessa ajan synkronoinnin tarve kasvaa edelleen.

Rahoitustapahtumat: Rahoitusalalla tapahtumat vaativat tarkat aikaleimat. Kvanttikellojen tarkkuudella voidaan parantaa kaupankäyntijärjestelmien läpinäkyvyyttä ja oikeudenmukaisuutta erityisesti korkean taajuuden kaupassa.

Armeija ja puolustus: Tarkka ajan mittaaminen on ratkaisevan tärkeää nykyaikaisille sotilasviestintä-, navigointi-, tiedustelu- ja asejärjestelmille. Kvanttikellot voisivat parantaa näiden järjestelmien suorituskykyä ja tarkkuutta.

Kvanttilaskenta ja kvanttitieto: Kvanttikellot voivat myös olla tärkeässä roolissa kvanttitietokoneiden ja kvanttiviestinnän aloilla, jotka perustuvat kvanttibittien (kubittien) tilan tarkkaan hallintaan ja mittaukseen.

Geofysiikka ja ilmaston seuranta: Kvanttikellojen odotetaan seuraavan tarkemmin Maan pyörimistä, maankuoren liikkeitä ja merenpinnan muutoksia, tietoja, jotka ovat tärkeitä ilmastonmuutoksen ja luonnonkatastrofien ymmärtämisessä ja ennustamisessa.

Syvän avaruuden tutkimus: Syvän avaruuden tehtävissä kvanttikellot voivat tarjota tarkemman navigoinnin ja ohjauksen, mikä auttaa avaruusaluksia matkustamaan pitkiä matkoja universumissa.

ICV:n tietojen mukaan kvanttikellojen markkinat kasvavat tasaisesti vuosina 2023–2035, ja markkinoiden koko kasvaa 580 miljoonasta Yhdysvaltain dollarista vuonna 2023 1,21 miljardiin dollariin, ja vuotuinen kasvuvauhti (CAGR) on 5,77%.

(2) Kvanttigravimetri

Kvanttigravimetri on erittäin tarkka instrumentti, joka käyttää kvanttimekaniikan periaatteita maapallon painovoimakentän mittaamiseen. Nämä laitteet käyttävät tyypillisesti ultrakylmiä atomipilviä havaitakseen pieniä muutoksia gravitaatiokentässä tekemällä tarkkoja mittauksia atomien vapaasti putoavasta liikkeestä. Kvanttigravimetrit perustuvat kvanttiinterferenssiin, kvanttifysiikan ilmiöön, jossa atomien aaltofunktiot (tai tilat) jaetaan, siirretään ja yhdistetään uudelleen mitattavissa olevien häiriökuvioiden tuottamiseksi.

Painovoimakenttien ja gravitaatiogradienttien tarkan mittauksen kysynnän kasvaessa tieteellisessä tutkimuksessa ja teknisissä sovelluksissa kvanttigravimetrejä ja kvanttigradienttigradientteja on käytetty laajalti kentällä, koska niiden edut ovat korkea dynaamisten kohtausten luotettavuus ja ajautumattomuus:

Geofysiikan tutkimus: maankuoren liikkeen havaitseminen, maanjäristysten seuranta, tulivuoren toiminnan tutkimus, pohjaveden tason mittaus jne.

Mineraalien ja öljyn etsintä: Määritä maanalaisten kivien tiheysjakauma auttaaksesi löytämään mineraalivaroja ja öljykenttiä.

Suunnittelu ja rakentaminen: Rakennusprojekteissa painovoiman muutoksia seurataan perustusten vakavuuden arvioimiseksi.

Puolustus ja kansallinen turvallisuus: Kvanttigravimetrien erittäin tarkoilla mittausominaisuuksilla on potentiaalisia sovelluksia puolustussektorilla, kuten vedenalaisessa navigoinnissa ja maanalaisten rakenteiden havaitsemisessa.

Navigointijärjestelmä: Tarjoaa tarkat inertianavigointitiedot sukellusveneille tai muille ajoneuvoille, jotka vaativat tarkkoja maaviitetietoja.

Tällä hetkellä kvanttigravimetrejä ja gradiometrejä käytetään pääasiassa sotilaallisella alalla. ICV:n tietojen mukaan sotilas- ja puolustussektorin osuus markkinaosuudesta vuonna 2023 oli 44 %, seuraavaksi tutkimusalan osuus 33 % ja öljyn ja kaasun etsintään liittyvien siviilimarkkinoiden osuus 23 %.

Teknologian kypsyessä ja loppupään sovellusmarkkinoiden laajentuessa, tuotteiden hinnalla ja suorituskyvyllä on keskeinen rooli. Markkinoiden koko kasvaa nopeasti 170 miljoonasta Yhdysvaltain dollarista vuonna 2023 1,07 miljardiin dollariin vuonna 2035, ja vuotuinen kasvuvauhti on 15,21 %, mikä osoittaa tämän alan valtavan potentiaalin.

(3) Kvanttimagnetometri

Kvanttimagnetometri on laite, joka mittaa magneettikenttien voimakkuutta kvanttiefekteillä. Ne ovat yleensä herkempiä kuin perinteiset magnetometrit ja voivat havaita erittäin heikot magneettikentät. Kvanttimagnetometrien perusperiaate on, että kun ulkoinen magneettikenttä vaikuttaa tiettyjen aineiden (yleensä atomien tai elektronien) kvanttitilaan, niiden energiatasot muuttuvat. Mittaamalla tarkasti nämä muutokset energiatasoissa, voidaan päätellä magneettikentän voimakkuus.

Nykyisillä kvanttimagnetometrimarkkinoilla teknologinen monimuotoisuus on merkittävä ominaisuus. Eri tekniikoilla, mukaan lukien protonimagnetometrit, SQUID-magnetometrit, OPM-magnetometrit, SERF-magnetometrit, NV-värikeskusmagnetometrit jne., on kaikilla ainutlaatuisia etuja erilaisissa sovellusskenaarioissa. Tämä antaa markkinoille mahdollisuuden tarjota monipuolisia ja laajan valikoiman teknologiavaihtoehtoja.

Kvanttimagnetometreillä on korkea herkkyys ja tarkkuus, ja niillä on laaja valikoima sovellusskenaarioita monilla aloilla.

Geofysiikan tutkimus: Kvanttimagnetometrejä voidaan käyttää magneettisten mineraalien, kuten rautamalmin, havaitsemiseen maasta, mikä auttaa geologeja tunnistamaan mineraalivarat. Lisäksi niitä voidaan käyttää geomagneettisen kentän muutosten seuraamiseen maanjäristysten ja muiden geologisten tapahtumien ennustamiseksi.

Lääketieteellinen kuvantaminen: Magneettiresonanssikuvauksessa (MRI) kvanttimagnetometrit voivat auttaa parantamaan kuvantamisen resoluutiota ja laatua. Lisäksi niitä voidaan käyttää magneettisessa hiukkaskuvauksessa (MPI), joka on nouseva kuvantamistekniikka, joka lupaa olla tulevaisuudessa säteilytön lääketieteellinen kuvantamismenetelmä.

Biologinen tutkimus: Kvanttimagnetometreillä voidaan mitata elävien organismien heikkoja magneettikenttiä, esimerkiksi seurata sydämen magneettikentän muutoksia sydänsairauksien tutkimiseksi tai hermoston signaloinnin seurantaan.

Armeija ja turvallisuus: Armeijan alalla kvanttimagnetometrejä voidaan käyttää sukellusveneiden, miinojen tai muiden piilotettujen metalliesineiden havaitsemiseen. Lisäksi niitä voidaan käyttää estämään vakoilulaitteita kuuntelemasta ja tarkkailemasta.

Avaruus ja astrofysiikka: Kvanttimagnetometrit voivat havaita heikkoja magneettikenttiä avaruudessa, mikä auttaa tutkimaan ilmiöitä, kuten aurinkotuulta, planeettojen magneettikenttiä ja tähtienvälisiä magneettikenttiä.

Fysiikan perustutkimus: Kokeellisessa fysiikassa kvanttimagnetometreillä voidaan havaita erittäin heikkoja magneettikenttiä, mikä on ratkaisevan tärkeää esimerkiksi hiukkasfysiikan, kvanttifysiikan ja kondensoituneen aineen fysiikan tutkimuksessa.

Teolliset sovellukset: Kvanttimagnetometrejä voidaan käyttää ainetta rikkomattomissa testeissä, kuten pienten halkeamien ja korroosion havaitsemiseen putkistoissa, lentokoneissa ja silloissa näiden rakenteiden turvallisuuden varmistamiseksi.

Kvanttimagnetometrejä käytetään yhä enemmän tieteellisessä tutkimuksessa, erityisesti fysiikassa, maatieteissä ja biolääketieteessä. Samaan aikaan teollisuusalalla kvanttimagnetometrejä käytetään laajalti magneettisten materiaalien testauksessa, elektroniikkavalmistuksessa jne. Näiden sovellusten laajentaminen lisää markkinoiden kokoa entisestään.

ICV:n tietojen mukaan kvanttimagnetometrien markkinat kasvavat tasaisesti vuodesta 2023 vuoteen 2035 ja kasvavat 480 miljoonasta dollarista vuonna 2023 1,00 miljardiin dollariin vuonna 2035. Tätä kasvutrendiä ohjaavat pääasiassa tieteellinen tutkimus, teollisuus ja muut alat jatkuva tarve korkean tarkkuuden magneettimittauksille kentällä.

6. Kvanttiteknologian investointipanoraama

6.1 Kvanttiteknologian yrityskartta

(1) Kvanttilaskennan alan suuret yritykset

(2) Suuryritykset kvanttiviestinnän alalla

(3) Kvanttimittauksen alan suuret yritykset

6.2 Suurten kotimaisten kvanttiteknologiayritysten arviointi

Viitteet tähän raporttiin

[1] Zhang Qingrui, "Quantum Megatrends"

[2]iCV&Photon Box, "2024 Global Quantum Computing Industry Development Outlook"

[3]iCV&Photon Box, "2024 Global Quantum Communication and Security Industry Development Outlook"

[4]iCV&Photon Box, "2024 Global Quantum Precision Measurement Industry Development Outlook"

[5] Soochow Securities, "Quantum Information: The Next Information Revolution"

tiedot osoittavat

Data｜tapaus｜Mielipiteiden lähde

Ellei toisin mainita, raportin tiedot ja sisältö ovat peräisin China Business Networkin tutkimuksista, haastatteluista ja julkisesta tiedosta.

Tekijänoikeushuomautus

Tämän raportin kaiken sisällön ja sivusuunnittelun tekijänoikeudet (mukaan lukien mutta ei rajoittuen tekstiin, kuviin, kaavioihin, logoihin, logoihin, tavaramerkit, kauppanimet jne.) kuuluvat Shanghai First Financial Media Co., Ltd.:lle (jäljempänä nimellä "yrityksemme"). Ilman yrityksemme kirjallista lupaa mikään yksikkö tai henkilö ei saa kopioida, jäljentää, jäljentää, muokata tai näyttää mitään tämän raportin sisältöä tai sen sisältöä ei saa antaa kolmansille osapuolille missään muodossa. Yksikön tai yksityishenkilön, joka rikkoo edellä mainittuja säännöksiä, katsotaan loukaneen immateriaalioikeuksiamme Yrityksemme kantaa laillisen vastuunsa ja asettaa loukkaajan korvausvelvolliseksi todellisen tilanteen perusteella.

luopunutVastuuilmoitus

Tämän raportin sisältämä sisältö, tiedot ja niihin liittyvät tietolähteet katsotaan tekijän arvioksi alkuperäisen julkaisupäivän aikana, eikä ole takeita siitä, että tämän raportin sisältö ja mielipiteet eivät muutu tulevaisuudessa. Pyrimme, mutta emme takaa, tämän raportin sisältämien tietojen tarkkuutta ja täydellisyyttä. Raportissa esitetyt mielipiteet ja tiedot eivät missään olosuhteissa ole sijoitusneuvontaa kenellekään. Joka tapauksessa kuka tahansa henkilö on yksin vastuussa tämän raportin sisällön käytön seurauksista.

Tuottaja: China Business News丨China Business News Investment Research Center

Päätoimittaja: Qian Kun

Pääkirjoittaja: Wang Yuanli

Toimittaja: Huang Yu

Hyväksyntä: Qian Kun ja Huang Yu

Visio: Fu Lele

Koordinaattori: Zhu Guoquan ja Zhou Jin

Yhteyshenkilö: Wang [email protected]