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量子通信技术发展现状及面临的问题研究许分建

发表时间：2021/8/9 来源：《探索科学》2021年6月作者：许分建

[导读] 以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子通信技术已经成为未来国家科技发展的重要领域之一。世界各国在加快量子通信技术基础研究和应用研究发展的同时，越来越重视创新成果的保护和应用。

许分建身份证号码：460030198408******

摘要：以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子通信技术已经成为未来国家科技发展的重要领域之一。世界各国在加快量子通信技术基础研究和应用研究发展的同时，越来越重视创新成果的保护和应用。分析了世界量子通信领域专利申请和研究论文的最新发展趋势，指出未来量子科学技术领域的国际合作将更加紧密，研究论文和专利布局的竞争态势将越来越突出。
关键词：量子通信技术；现状；发展趋势
        引言：
        在欧美等发达国家启动量子信息国家战略的背景下，量子信息技术已经成为世界上最热门的科技竞争焦点之一。美国、中国、日本、加拿大、欧洲等国家和地区在加快量子信息技术基础研究和应用研究开发中，越来越重视创新成果的保护和应用。在过去的五年里，出现了大量的量子信息研究成果和技术专利。通过对量子信息领域专利申请和研究论文最新动态的分析，为量子信息技术和产业的发展提供参考。
        1、量子通信技术发展现状量子通信技术发展面临的问题
        1.1技术手段不成熟
        目前量子通信技术手段还不发达，而且在量子通信领域还有巨大的研究空间.在理想条件下，量子通信在现代技术条件下是无法实现的，特别是形成单光子源.量子态势控制、量子测量等技术手段，目前还不足以确保量子信息不被控制和窃取。
        1.2安全性不高
        目前，量子通信在实际应用中并不能保证绝对安全.理论上，量子通信技术具有绝对保密性，但实际上在通信过程中，密码不能完全保密.原因是系统中使用的物理元素不处于理想状态，理论上不能满足绝对安全性，在理论分析中发展起来的数学模型和物理模型有区别。
        1.3标准化难度大
        任何高新技术的发展，标准化都是商业化和市场化的前提，需要统一的衡量和协调。量子通信作为量子理论与通信科学的交叉学科，涉及多个技术领域，给标准化带来了困难。目前，量子通信国际化标准化滞后，表现在对标准化重视不够，机构与企业之间缺乏合作，缺乏沟通与合作机制。
        2、量子通信技术的发展
        量子信息技术各个领域每年发表的论文数量及其全国排名如图1所示。量子计算、量子通信和量子测量领域发表的科研论文数量持续上升。(1)量子计算的上升趋势最明显。美国科研机构和企业论文数超过8000篇，排名第一；中国紧随其后，4000多篇文章；其次是德国、日本、英国、加拿大、法国、澳大利亚、印度等，它们是量子计算原始技术创新的主要来源。(2)在量子保密通信应用不断探索的同时，量子通信领域的论文数量不断上升，其中对量子密钥分配(QKD)技术的研究从理论探索开始到实际应用，论文数量不断上升；关于量子隐形传态(QT)的论文近几年保持相对稳定，这与关键技术瓶颈尚未突破有关。从全国分布来看，我国科研机构论文数量排名第一，论文4000余篇，其次是美国、日本、德国、英国、加拿大、意大利、澳大利亚等。我国量子通信领域的科研机构已经形成梯队，全球25大出版物中有10家是中国的大学或科研机构。滑铁卢大学、新加坡国立大学、麻省理工学院、多伦多大学、日内瓦大学等。也发表了更多的研究成果。(3)量子测量论文4000多篇，美国科研机构发表论文数排名第一，其次是中国、德国、日本和英国。看量子信息技术论文的合作，欧美的科研范式主要是集团军联合研究，编织国家间的科研合作网络，联合研究重点项目，加强技术联盟的路径选择(见图2)。

        图2（量子信息技术各领域论文合作关系网）
        在量子计算领域，美国与德国、加拿大等国在量子计算领域的合作有明显的深化趋势。中国科学院、中国科技大学、清华大学都加快了科研步伐，位列全球量子计算出版物前20名，其余机构主要来自美国、英国、日本、新加坡、澳大利亚等国家。在量子通信领域，中国已经成为技术领先的国家之一，并积极推动与加拿大、意大利和非洲的国际合作。在量子测量领域，加州理工学院和德国苏黎世联邦理工学院都有很多论文。中国科学院、中国科学技术大学等科研机构继续开展量子精密测量领域的科学研究，并开始步入发表量子测量论文数量的国际前列。
        3、未来趋势研判
        3.1量子科技领域国际合作将更加密切
        纵观量子信息领域论文的国家合作网络，欧美的研究范式主要是集团军联合研究，充分利用其在科技、经济、地缘政治方面的领先优势，巩固量子科技的朋友圈，建立国家间的科研合作网络，联合攻关，加强技术联盟的路径选择，通过合作提升量子科技国际合作的水平和层次，在学术交流、技术合作、风险投资、标准制定等方面打造联盟优势。
        3.2 量子信息领域专利将大量出现
       由于目前量子计算、量子通信和量子测量技术还不成熟，距离的实际应用仍然面临多重挑战。随着各国量子信息技术竞争的加剧，科研论文和专利布局的竞争态势将越来越突出。从专利和申请人数量的发展趋势来看，技术发展仍处于成长期，未来会有更多的新进入者。
        3.3量子发展战略谋划中将更加注重知识产权系统布局
        从专利分析来看，美国、日本、欧盟、加拿大等国家和地区在量子信息的跨学科融合和多技术领域的融合创新中，都非常重视知识产权保护。技术巨头和专业公司围绕关键技术广泛申请专利，不断加强海外专利分布。2020年10月16日，中国专利法第四次修改经国务院审议，增加了专利侵权赔偿，加强了对专利权人合法权益的保护。从国家层面来看，提升重大量子信息工程顶层设计关键核心技术的专利质量尤为重要，可以进一步推动技术专利化、专利标准化和标准产业化。
        3.4量子概念升温或引发资本市场进入，企业知识产权保护愈发重要
        除了科技巨头，还有一批量子信息领域从研究机构分离出来的初创公司，成为产业生态的中坚力量。资本市场将有利于拥有关键技术自主知识产权的企业。因此，初创企业需要加强知识产权保护和风险防御意识，适度推进专利布局，提前建立技术产品专利护城河，使其成为量子科技发展战略规划和体系布局背景下推动我国量子科技发展的重要支撑。
        结语：
        随着量子通信技术应用的发展，量子通信技术已成为未来国家科技发展的重要领域之一。在加快量子通信技术基础研究和应用研发的过程中，世界各国都更加重视创新成果的保护和应用。未来量子通信产业或将吸引更多投融资机构加大投入。分析了全球量子科技领域专利申请和研究论文的最新发展趋势，提出未来量子科技领域的国际合作将更加紧密，研究论文和专利布局的竞争态势将越来越突出。
参考文献：
[1]赖俊森，吴冰冰，赵文玉，等.量子通信应用现状及发展分析[J].电信科学， 2016, (03) :123-129.
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[3]王毅凡，周密，宋志慧.水下无线通信技术发展研究[J].通信技术， 2014, (06) :589-594.