量子计算与量子通信两者相关性、相通点及区别分析【图】

    量子计算和量子通信是量子信息技术革命带来的矛与盾。一方面，量子计算的强大计算能力使得现有通信方案的保密性大大降低，以往在有效时间内无法破解的状况得到根本性改变，比如以前破解密码需要100年，现在只用1分钟不到。另一方面，量子通信从理论角度，提供了一种完全保密的通信技术方案，用于替代现有通信技术方案，实现更好的保密效果。

    1、量子计算与量子通信相通点

    量子计算与量子通信在基础理论、技术路线和核心硬件方面，有很多互通之处。这些互通之处意味着，一旦量子通信在相关方面取得了重大突破，量子计算相应的研究也能加快进程，促使整个量子计算产业尽早实现爆发。

量子计算与量子通信的相关性

    在量子计算和量子通信中，量子叠加态是重要的理论基础。在量子通信中，量子叠加态是单个光子的编码基础，通过对单个光子的量子态的调整，实现通过光子携带一定量的信息，最终传递给接收端实现保密通信。在量子计算中，由于一个量子携带的信息量大于经典的单比特，这为实现高效的并行运算提供了理论基础。

    量子叠加信号与经典信号的区别

    基于激光技术的光量子系统，是量子通信的核心技术方案。目前量子通信所采用的技术方案是以光子为载体的量子信息系统。产生光子的仪器主要是依靠单光子发生仪。经过一定的调制处理，通过光纤或者卫星将量子信息传递给另一端，最终实现加密量子通信。国内技术领先的公司国盾量子近期展出了部分相关产品的样品，主要集中在量子网关和量子加密设备方面，他们也都是依托光纤作为数据传输介质，目的是为了解决量子态的长距离中继和传输。

    基于激光技术的光子量子计算机，是量子计算的一种备选方案。它是基于光子的偏振状态来实现量子计算的。近期，布里斯托大学以及日本电信电话公司(NTT)宣称，已经开发出了一种完全可重新编程的量子光处理芯片，能够实现量子计算。这项研究的成果在科学杂志上发表。该方案的物理实现是基于标准的半导体制造技术进行的，通常由玻璃和硅构成。该系统具有六个波导管用于通用线性光学转换，和15个集成干涉仪，该设备用于在一个光子束上又添加了一个光子束，来实现量子计算。该技术也被视为通用型量子计算机的一种实现方案，但目前实现的量子比特数量仍然有限。

    2、量子计算与量子通信的区别

    A、市场空间比较

    如果拿现有计算机市场和通信市场作为参考，量子计算的市场空间更大，更具弹性：根据相关统计，2015年全球在通信行业与计算机行业上的支出分别为1.47万亿美元和2.04万亿美元，总计达3.51万亿美元的支出规模。如果将量子通信对应到现在的通信行业、量子计算对应到经典计算机行业，这两者有望给这两个如此巨大的对标市场带来革命性改变，市场空间有数十万亿美金。此外，我们对比了目前全球前五大的通信行业厂商和计算机行业厂商的收入规模发现，排在前五的计算机厂商收入规模体量更大，甚至数倍于前五名的通信行业公司，并且依旧呈现出了明显的上升态势。由此我们认为，量子计算未来将变革的行业恰恰也是一个本身就在不断增长的行业，有望产生共振效应，量子计算市场的上升空间更加充分，具备更大弹性。

全球通信与计算机支出规模（10 亿美元）

全球前五大通信与计算机厂商收入（亿美元）

    B、技术方面

    同量子计算相比，量子通信技术复杂程度相对较低，近年来全球各国在量子通信技术和产业化层面均取得了众多进展。随着“墨子号”量子卫星率先发射成功，以及全球最远距离的“京沪量子通信干线”即将在今年9月建成，“一干一星”项目宣告成功落地，标志着我国在量子通信产业正从以往的跟随者、并跑者转而担当领跑者角色。从量子通信产业链来看，主要包含元器件、通讯设备、量子通信网络运营及专网应用服务四大领域，此外还涉及量子通信卫星研制与发射等相关领域。

量子通信产业链梳理

我国量子通信 “一干一星”重大项目已率先落地

    相比经典计算机，量子计算优势在于计算能力会有超过亿倍的飞跃，未来有望在数据搜索、信息安全、仿真运算（新药研制、人工智能优化）等领域大展身手。就技术层面而言，量子计算机技术在量子硬件、编码、软件等3大核心领域均已实现突破，但技术可靠度以及布局成本等方面离商业应用仍存在不小距离，未来量子计算机的主要瓶颈在于高稳定性物理环境以及多位数量子芯片的研发方面。目前已问世量子计算机主要有IBM量子计算机团队研发的5量子比特量子计算机，以及加拿大D-Wave公司512量子比特量子计算机D-Ware TWO（并非通用意义的量子计算机，属特殊用途的仿真机器），而Google量子计算团队已研发出拥有9量子比特的芯片（也存在通用性问题），此外微软、阿里巴巴等公司以及众多科研院所均已宣布将研发量子计算机，整个量子计算产业链的商业化应用正在加速集聚成熟。

量子计算机技术核心要件

    C、、量子芯片是量子计算的核心挑战

    对与量子通信，任何通信任务都可以简单的分解成为单光子的操作，因此核心元件带来的难度不会很大。目前量子通信的挑战还是集中在远距离传输方面。因为光量子系统的单光子能量强度偏弱，而在光纤中的远传输会带来极大的损耗，并导致噪音信号，因此对于超远距离的量子通信系统，现阶段的解决方案是用量子通信卫星来提供更为可靠、噪声更小的量子通信信道，实现远距离量子通信。

    而量子计算的关键是对多个量子同时操作，因此量子芯片作为核心元件成为最主要的难点与挑战。目前，主要的瓶颈在于如何扩展量子芯片的量子比特数量。对于非通用量子计算机，这个瓶颈看似已经克服，因为D-Wave的最新的量子计算机已经达到1000量子比特的处理能力。而对于前景广阔的通用型量子计算机而言，目前的瓶颈依旧非常明显。所有公开报道的量子计算机的处理能力上限只能达到20个量子比特，超过这个极限后，量子计算系统将无法维持量子的叠加态或者对量子进行操作。