芯片之后中美量子爭(zhēng)霸戰(zhàn)打響：中國團(tuán)隊(duì)聲量大，美國成果都在幕后

量子通信正成為芯片之外又一炙手可熱的行業(yè)。

據(jù)工商信息顯示，中國已經(jīng)有4200多家經(jīng)營范圍含“量子”的公司，其中85%注冊(cè)于5年內(nèi)，完全不亞于最近兩年的“芯片公司注冊(cè)熱潮”。曾對(duì)簿公堂的國盾量子和九州量子，前者股價(jià)在12月初連漲1周，后者連漲超過10天。甚至最高領(lǐng)導(dǎo)層，也在不久前集體學(xué)習(xí)了量子科技。

在資本市場(chǎng)掘金熱背后，是一場(chǎng)可能關(guān)乎國家安全的競(jìng)賽。

12月10日，九章量子計(jì)算機(jī)原型問世，其求解數(shù)學(xué)算法高斯玻色取樣的速度，比目前最快的谷歌超級(jí)計(jì)算機(jī)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(fèi)數(shù)年研究量子計(jì)算機(jī)。業(yè)內(nèi)普遍的共識(shí)是，當(dāng)量子計(jì)算成功應(yīng)用后，所有現(xiàn)存的加密算法都將不堪一擊，唯一能抵御的是利用同樣粒子微觀特性，對(duì)信息進(jìn)行加密的技術(shù)，即量子通信。

中國量子通信帶頭人、中國科學(xué)院院士潘建偉曾將量子計(jì)算和量子通信比喻成“矛與盾”。此前，中國的“矛”并不鋒利，但“盾”已世界領(lǐng)先。而如今，戰(zhàn)事又在升級(jí)。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(zhēng)霸戰(zhàn)已拉開序幕。

始于40年前的夏夜

1983年6月，郭光燦作為訪問學(xué)者，參加在美國紐約州羅切斯特大學(xué)舉辦的“相干和量子光學(xué)會(huì)議”。這已經(jīng)是第四屆會(huì)議，量子科技正成為一門顯學(xué)，但對(duì)中國學(xué)者來說還相對(duì)陌生。

就在這屆學(xué)術(shù)會(huì)議期間，幾名中國學(xué)者聚集在其中一人的家里，吃著西瓜，徹夜交流。“大家都很激動(dòng)，覺得這是一個(gè)全新的領(lǐng)域”，后來有人回憶說，當(dāng)時(shí)就有人表態(tài)，要回國開展這一方向的研究。

1984年，回國后的郭光燦向中科大爭(zhēng)取到2000多元經(jīng)費(fèi)，在安徽滁州召開了全國第一屆量子光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議。這成為中國量子光學(xué)的發(fā)端。許多年后，郭光燦將成為這一領(lǐng)域的泰斗，并將另一位大將潘建偉引回國內(nèi)。

而當(dāng)時(shí)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(yè)論文的方向。畢業(yè)后，當(dāng)同學(xué)們都紛紛赴美留學(xué)，潘建偉卻心心念著奧地利的一位量子物理權(quán)威，安東·塞林格。

彼時(shí)塞林格剛發(fā)現(xiàn)了一個(gè)關(guān)于多個(gè)粒子糾纏的重要定理，開始在奧地利建立自己的量子實(shí)驗(yàn)室。他急需一名助手驗(yàn)證自己的實(shí)驗(yàn)猜想。恰恰此時(shí)，他見到了潘建偉。

塞林格問潘建偉，你的夢(mèng)想是什么？對(duì)眼前實(shí)驗(yàn)室驚嘆不已的潘建偉直接回答說，“在中國建立一個(gè)像您這樣的、世界領(lǐng)先的實(shí)驗(yàn)室”。許多年后，夙愿成真。塞林格感嘆道，“我一直相信他會(huì)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(shí)驗(yàn)物理學(xué)博士學(xué)位，隨后返回中科大，開始建立量子物理與量子信息實(shí)驗(yàn)室。兩年后，郭光燦則成立了中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室都專注在量子通信的研究上。

“幸運(yùn)的是，2000年，中國的經(jīng)濟(jì)開始起飛，因此進(jìn)行高質(zhì)量科學(xué)研究的時(shí)機(jī)突然到了。”《自然》雜志當(dāng)時(shí)援引潘建偉的話報(bào)道。

量子通信的研究可能會(huì)帶來全新的、完全安全的信息傳輸方式。簡(jiǎn)單來說，如果將“信息加密”和“密鑰”比喻成“保險(xiǎn)箱”和“鑰匙”，那么在量子通信中，采用了“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?shù)蔫€匙，即使被截獲也能被收發(fā)信人發(fā)現(xiàn)，這就像發(fā)覺貼在保險(xiǎn)箱上的封條已被破損一樣。潘和其他學(xué)者的目標(biāo)，是將鑰匙盡可能傳輸?shù)礁h(yuǎn)的距離。

在業(yè)內(nèi)人士看來，潘建偉和郭光燦的實(shí)驗(yàn)室，同樣是采用QKD（量子密鑰分發(fā)），同樣是采用BB84協(xié)議。但潘的編碼方式是基于光的偏振，郭則基于相位。這后來也成為潘和郭的公司，國盾量子和問天量子的技術(shù)路線差別。

最初回國時(shí)，潘的工作相比他的師傅塞林格，并沒有那么耀眼。但潘很快找到了“彎道超車”的辦法。要做量子通信，需要光學(xué)、冷原子物理、電子學(xué)、真空等諸多人才。潘根據(jù)自己學(xué)生所長，將他們分派到全球各大量子研究中心進(jìn)修。“然后他們也都愿意回來。”潘組里的一位學(xué)生說。這一步棋證明潘建偉極具遠(yuǎn)見，讓其實(shí)驗(yàn)室后來產(chǎn)生了巨大的爆發(fā)力。

在接下來的7年中，在潘建偉團(tuán)隊(duì)的努力下，“鑰匙”的傳輸距離不斷拉長：先是在合肥本地進(jìn)行光纖傳輸實(shí)驗(yàn)，然后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(jì)錄。此后，潘又開始研究通過衛(wèi)星分發(fā)糾纏的光子。

真正改變格局的，還有一件大事。2009年，潘建偉團(tuán)隊(duì)在合肥建成了覆蓋城區(qū)的量子通信網(wǎng)絡(luò)，包括46個(gè)節(jié)點(diǎn)，這標(biāo)志著城域量子通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成熟。安徽省政府、中科院隨后拍板，潘建偉和郭光燦分別參與創(chuàng)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(chǎn)業(yè)化。

國盾量子的項(xiàng)目總監(jiān)周雷，也是在那個(gè)時(shí)候加入的公司。他回憶說，最初全公司才十幾二十個(gè)人。在與課題組老師的一番談話之后，當(dāng)時(shí)剛剛博士畢業(yè)的他，選擇加入公司，開啟了產(chǎn)業(yè)化的十余年征途。

但即使他可能也無法料到，公司的骨干們?nèi)缃癫粌H即將上億身家傍身，也將成為國與國競(jìng)爭(zhēng)的弄潮兒。

中國的投入讓美國同行眼紅

“中國對(duì)發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)有一個(gè)經(jīng)過深思熟慮的戰(zhàn)略。”美國量子通信公司Qubitekk總裁兼CEO鄧肯·厄爾在媒體上評(píng)價(jià)說。相比中國投入的數(shù)億元真金白銀，美國政府和產(chǎn)業(yè)界曾長期認(rèn)為“量子加密不過是一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)”，因此研究人員的精力一直集中在使用數(shù)學(xué)構(gòu)建新的、可對(duì)抗量子計(jì)算機(jī)的方法，而沒有規(guī)劃建設(shè)新的基礎(chǔ)設(shè)施。

在中國，2013年，“京滬干線”量子通信網(wǎng)絡(luò)立項(xiàng)，全長2000多公里，連接北京和上海，貫穿濟(jì)南和合肥，也是世界上第一條量子保密通信干線。這條干線耗資5.6億元，由國家發(fā)改委和地方政府承擔(dān)。

“建設(shè)京滬干線，國家下了很大的決心。”國盾量子員工回憶，這也成為這一領(lǐng)域公司發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

2015年，中科院干脆將量子通信列入了“率先行動(dòng)”計(jì)劃的戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域，在“十三五”規(guī)劃中啟動(dòng)了戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”項(xiàng)目，完成“京滬干線”的申報(bào)和建設(shè)。

2016年，重量超過600公斤、名為“墨子”的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在戈壁沙漠上發(fā)射，這顆為了紀(jì)念公元前5世紀(jì)中國哲學(xué)家、科學(xué)家墨子的衛(wèi)星，成功實(shí)現(xiàn)了北京與維也納之間使用量子加密技術(shù)的視頻通話，將距離擴(kuò)大到了創(chuàng)紀(jì)錄的7451公里。同年，經(jīng)過四年規(guī)劃和建設(shè)，北京和上海之間的專用量子通信網(wǎng)絡(luò)也建成投入使用。

2017年，京滬干線與墨子號(hào)實(shí)現(xiàn)“天地互連”，標(biāo)志著中國進(jìn)入量子通信廣域網(wǎng)階段。這是全世界還沒有任何國家能實(shí)現(xiàn)的壯舉。這一成果讓全世界科學(xué)家眼紅不已。

在國家資源到位后，中國科學(xué)家也抓住了機(jī)會(huì)，迭代技術(shù)的速度讓全世界矚目。2016年“墨子號(hào)”上天時(shí)，衛(wèi)星重達(dá)640公斤，只是驗(yàn)證了衛(wèi)星能夠傳輸量子糾纏光子，并未達(dá)到實(shí)用階段，產(chǎn)生密鑰的速度也并不樂觀。但2020年6月，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上，中國科學(xué)家公布的最新研究表明，他們已提高了密鑰產(chǎn)生的速度，降低了錯(cuò)誤率，足夠搭建“可以抵抗攻擊的安全通道”。

“這是一個(gè)重要里程碑”，密切關(guān)注中國進(jìn)展的鄧肯·厄爾表示，“正是技術(shù)的規(guī)模使這一點(diǎn)變得如此重要。他們是一個(gè)不可思議的團(tuán)體。”而潘建偉認(rèn)為基于這些研究，可以將衛(wèi)星設(shè)備的重量降低到幾十公斤，將地面設(shè)備的重量從10余噸降低到約100公斤，從而真正為商業(yè)化應(yīng)用打開大門。

當(dāng)然，這些研究也為潘建偉贏得了殊榮：27歲時(shí)研究成果位列《科學(xué)》雜志“年度全球十大科技進(jìn)展”、《自然》雜志“百年物理學(xué) 21 篇經(jīng)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》雜志年度十大科學(xué)人物。

在為量子通信謀得一張“飯票”上，中國學(xué)者也獨(dú)居慧眼。郭光燦最初為量子通信找應(yīng)用，找的不是軍隊(duì)或政府部門，而是中國銀行這樣有商業(yè)業(yè)務(wù)需求的單位。潘建偉團(tuán)隊(duì)在跟銀行和銀監(jiān)會(huì)討論過后，對(duì)方非常激動(dòng)，因?yàn)椤氨本┑缴虾５?000多公里光纖，原本要保護(hù)所有的點(diǎn)，現(xiàn)在只用保護(hù)幾個(gè)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(jī)”也刷屏媒體。有國盾量子人士稱，這是利用SIM卡內(nèi)的算法和密鑰，加密用戶的語音信息。雖然“是否大規(guī)模推廣還要看中國電信”，但這臺(tái)設(shè)備已經(jīng)讓量子通信在廣大消費(fèi)者群體中抓了一波眼球。

當(dāng)然，在量子通信產(chǎn)業(yè)化的過程中，時(shí)不時(shí)也飄過幾朵烏云。

曾有文章質(zhì)疑京滬干線是“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(yīng)用價(jià)值仍在公眾間眾說紛紜。

但不得不提的是，量子科學(xué)是天生的“活靶子”，飽受民科和公眾“盯梢”。在郭光燦院士申請(qǐng)項(xiàng)目時(shí)，就曾被人質(zhì)疑是“偽科學(xué)”。一些安全專家也對(duì)量子加密的有效性抱持懷疑。因?yàn)檫@種技術(shù)太新，還沒有經(jīng)受過任何密碼學(xué)家認(rèn)可的嚴(yán)格測(cè)試。

2017年，潘建偉手下一員大將——國盾量子董事長彭承志發(fā)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(duì)簿公堂，更是把量子通信推向風(fēng)口浪尖。

鄭韶輝出身浙江國資背景，后通過神州量通，與國盾量子共同參與“滬杭干線”建設(shè)。此外，鄭韶輝控制的云鴻投資直接入股國盾量子。但入股價(jià)格50元/股最終變更為36元/股，節(jié)省出的3234萬元，由云鴻投資“借”給了包括國盾量子董事長彭承志在內(nèi)的9名高管。

鄭韶輝出錢，潘建偉出人，原本應(yīng)當(dāng)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”韭菜后，彭承志團(tuán)隊(duì)便與九州量子撇清關(guān)系。

根據(jù)鄭紹輝及云鴻投資的說法，此后，潘建偉等股東又從國盾量子套現(xiàn)數(shù)億元，讓金融從業(yè)者擔(dān)憂“技術(shù)團(tuán)隊(duì)的入股資金是向基金借的（云鴻投資），自己卻先套現(xiàn)，無法向基金交代”。鄭韶輝眼見潘團(tuán)隊(duì)套現(xiàn)，希望對(duì)方先還3234萬元借款，遭到拒絕后便有了“威脅錘殺”一幕。

這場(chǎng)羅生門，“讓我們今天都在填這個(gè)坑”。有國盾量子中層員工說，他們很擔(dān)心量子通信被認(rèn)為是騙錢割韭菜的，最終毀掉這個(gè)不成熟的產(chǎn)業(yè)。“如果今天再發(fā)生，我們會(huì)有更成熟的處理方式。”

2019年3月，偏重于硬核科技和基礎(chǔ)技術(shù)的科創(chuàng)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(chuàng)板，首日漲幅超過1000%，創(chuàng)科創(chuàng)板上市首日漲幅之最，至今股價(jià)與上市時(shí)齊平。“我們的財(cái)務(wù)狀況之前也很難過。”有國盾量子員工說。資本市場(chǎng)的看好，讓這家公司能夠不必?fù)?dān)心溫飽，安心做產(chǎn)業(yè)化。

由于中國在量子通信取得的進(jìn)展，其在標(biāo)準(zhǔn)制定上也有獲得優(yōu)勢(shì)。目前，國內(nèi)公司與ITP（國際電聯(lián)）和ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）都有合作，甚至ITO量子技術(shù)焦點(diǎn)組的主席都是中國人，即中科大張強(qiáng)教授。

中美量子爭(zhēng)霸戰(zhàn)

在光鮮亮麗的成果背后，中國量子通信產(chǎn)業(yè)仍有“窘迫”之處。中國稍有松懈，其他國家便會(huì)抓住一切機(jī)會(huì)趕超。

在中國，國盾量子和問天量子已經(jīng)是最具技術(shù)能力的兩家設(shè)備公司。截至2018年底，中國建成的7000多公里量子通信網(wǎng)絡(luò)里，有超過6000公里使用了國盾量子產(chǎn)品，超過700公里使用了問天量子產(chǎn)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(bào)，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(shù)團(tuán)隊(duì)成立，承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營工作的國科量網(wǎng)，一度在2019年年中資不抵債。

“國內(nèi)研發(fā)力量主要在這兩家公司。”有行業(yè)人士稱。另一家受到關(guān)注的中創(chuàng)為量子，實(shí)際是從國盾量子購買過產(chǎn)品逐漸發(fā)展而來，主要是做市場(chǎng)化工作。而九州量子目前已漸無聲量。

甚至人才之戰(zhàn)都透露了量子通信領(lǐng)域的“落寞”。彭承志曾回復(fù)要去競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手處工作的學(xué)生，“工作確實(shí)不太好找，你要去便去吧。”

根據(jù)相關(guān)報(bào)道，國家發(fā)改委在京滬干線建成后，又建設(shè)國家廣域網(wǎng)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(yè)內(nèi)人士稱，相比移動(dòng)通信技術(shù)，量子通信連1G都不到，仍是一個(gè)非常小的市場(chǎng)，并且處于早期投資階段。未來，只有設(shè)備小型化、芯片化后，與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)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(shí)，其他各國在奮起直追。雖然美國對(duì)量子通信的研究和應(yīng)用很多都在軍方，隱藏在幕后，但在看到中國的做法和最近量子通信取得進(jìn)展后，也來勢(shì)洶洶。畢竟，這是一場(chǎng)可能影響國家安全的競(jìng)賽。

2020年7月，美國能源部發(fā)布了一份報(bào)告，提出發(fā)展國家量子互聯(lián)網(wǎng)的藍(lán)圖戰(zhàn)略。報(bào)告稱，處于發(fā)展初期的量子互聯(lián)網(wǎng)對(duì)科學(xué)、工業(yè)和國家安全等至關(guān)重要的領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

在這個(gè)規(guī)劃中，美國能源部甚至調(diào)動(dòng)了17個(gè)美國國家實(shí)驗(yàn)室，來充當(dāng)骨干力量。美國能源部長丹·布勞耶特（Dan Brouillette）說：“通過構(gòu)建這項(xiàng)新興技術(shù)，美國將繼續(xù)致力于維護(hù)和擴(kuò)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(huán)”建成，讓美國成為建設(shè)最長陸基量子網(wǎng)絡(luò)的國家之一。外媒稱，它也許“會(huì)讓中國使用的網(wǎng)絡(luò)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(gè)致力于發(fā)展量子互聯(lián)網(wǎng)的美國能源部量子中心。這是一項(xiàng)耗資1.25億美元，為期五年的量子中心計(jì)劃。

除了國家項(xiàng)目，根據(jù)媒體報(bào)道，美國量子通信公司Quantum Xchange和Qubitekk也在迅速將量子通信技術(shù)商業(yè)化。Qubitekk使用量子加密技術(shù)來保護(hù)田納西州的電網(wǎng)，Quantum Xchange在美國東北部建設(shè)一個(gè)量子加密網(wǎng)絡(luò)，希望為華爾街的銀行和其他企業(yè)提供服務(wù)。與此同時(shí)，歐洲ID Quantique、日本東芝和NEC、韓國SK等也在試圖建設(shè)量子通信網(wǎng)絡(luò)。

“美國的成果都在幕后，日韓則利用芯片優(yōu)勢(shì)，與歐洲合作在做。”有業(yè)內(nèi)人士說，盡管中國的量子通信研究，以潘建偉團(tuán)隊(duì)為代表，在國際上占據(jù)很大聲量，但在這場(chǎng)戰(zhàn)事升級(jí)的戰(zhàn)爭(zhēng)中，中國不可掉以輕心。