量子產業「一騎絕塵」！我國首個「集成化量子晶片」，或引領世界

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眾所周知！十多年前，西方技術領先我國長達數十年，當時，很多人都說，美國領先中國至少50年了。但如今10年過去了，這一差距已經被無限縮小。而且在這10年內，中國已發展成為世界上一道亮麗的風景線。過去我們一貧如洗，但是我們厚積薄發，通過努力，很快就超過了許多西方國家。舉例來說，量子領域已成為我們壓倒西方的重要科學研究領域之一。

現如今，科技的進步已經影響到了我們每一個人，華為之前的相關信息已經牽動了每個人的心。有一段時間，晶片的重要性引起了人們的爭論。晶片的好壞決定著這個電子產品的性能。而隨著近幾年5 G技術的普及，華為不斷崛起，越來越受到世界各國的青睞。但我們知道，華為還有一個致命的弱點，那就是不能滿足晶片供應。許多晶片只能從國外進口，因此解決晶片難題將成為我國突破高新技術瓶頸的主要障礙。或許每個人對量子晶片的概念都很模糊。今天我們來聊聊我國量子晶片的「一枝獨秀」，這一未來的龍頭產業。我國掌握著絕對的領頭羊的角色。

事實上！量子晶片的概念很長一段時間久被提出，之後逐漸被重視，科學家們研發出一系列有關的產品。例如，新加坡南洋理工大學(NTU新加坡)在此前一期的《自然·光子學》雜誌中發表文章說，他們開發了一種量子通信晶片，雖然它的「塊」只是現有設備的千分之一，但是它提供了同樣出眾的量子安全技術，可以用來製造小型設備，例如智慧型手機、平板電腦和智能手錶，提高通信安全性。

該公司研發的微處理器尺寸大約為3毫米，相對於現有的標準，該晶片使用了量子通信算法來提供更高的安全性。這種方法是把密碼與所傳遞的信息結合起來，形成一個安全的「量子密鑰」，從而達到這個目的。接收信息後，隨密鑰一起銷毀，即「閱後即焚」，使之成為一種極為安全的通訊方式。

研究人員還說，最新的量子晶片所需的空間只有當前量子通信設備的千分之一，這就開啟了更安全的通信技術，可以安裝在小型設備中，如智慧型手機、平板電腦和智能手錶。另外，它還為在線交易和電子通訊提供了更好的加密方法。

而在某種程度是！我們國家的量子科學雖然起步並不早，但是發展得非常迅速。伴隨著「量子衛星」「京滬幹線」等重大工程的建設，我國的量子通信技術已經躋身於世界前列。量子通訊有兩種方式，一種是利用量子的不可克隆性和測量的隨機性產生量子密鑰，另一種是利用量子隱身傳輸量子位。當前普遍採用的是第一種方法，即利用量子的不可克隆性對傳統信息進行加密。

近幾年來，我國量子通信技術不斷突破紀錄。2018年，清華大學團隊首次實現了25個量子接口的量子糾纏，打破了此前加州理工學院研究組4個量子接口的量子糾纏記錄。另外，中國科學技術大學的研究小組首次在國際上實現了18位光量子位的糾纏，刷新了所有物理系統最大糾纏態的世界紀錄。

此外，中國與奧地利之間距離7600公裡的洲際量子密鑰分發，以及使用共享密鑰的加密數據傳輸和視頻通信，也是第一次實現。「墨子號」已經具備了實現洲際量子保密通信的能力，為未來全球量子通信網絡的建設奠定了堅實的基礎。在量子晶片領域，我國發展的速度是如此迅速。

今現如今，是高科技飛速發展的時代，誰能夠掌握高新技術，誰就佔據了先機。而且我們國家在量子晶片領域真的是一枝獨秀。在此之前，好消息再次傳來，濟南量子技術研究院與中國科學技術大學合作，成功開發了世界上第一個集成化多通道量子頻率轉換晶片。採用反向質子交換的周期極化鈮酸鋰波導(PPLN)實現多通道光子的非線性頻率轉換，在轉換過程中保持光子的量子特性不變。

這項研究是由量子探測與波導器件實驗室的張強教授、謝秀平高工、鄭名揚副研究員等人合作完成的，晶片採用34通道波導和34通道光纖陣列兩端耦合封裝，晶片設計用於1550 nm波段單光子信號和1950 nm波段抽運光的非線性和頻譜。

世界上第一個集成化多通道量子頻率轉換晶片

試驗結果表明，1550納米信號光在各個通道上的平均轉換效率達到了60%，可以與商用單通道 PPLN波導晶片相匹敵。利用該晶片研製出陣列式上轉換單光子探測器，實現了每個通道的平均探測效率為23.2%，平均黑暗計數為557 cps，以及相鄰通道間隔距離大於71 dB的目標。

它在高速量子密鑰傳輸、深空雷射通信、單光子成像和雷射雷達等領域都有很好的應用前景。另外，研究者還用這種量子頻率轉換晶片成功地進行了多通道差頻轉換實驗，實驗表明，這種集成晶片在遠距離多模量子存儲技術中具有良好的應用前景。此外，此項技術的應用開闢了新領域，作為濟南市全力打造的十大千億產業之一，量子技術的產業化應用將加速推進，為濟南市經濟社會發展注入更多的「新動能」。

總結來說，根據統計數據顯示，我國量子晶片產業欣欣向榮。預計2023年將達到805億元左右。量子通信技術以其通信的絕對安全性和信息傳輸的快速、準確性，在未來的一段時間內或將廣泛地推廣和應用於軍事技術，而其大容量信息傳輸和高效率、快速的性能，可以應用於金融、電信、電力、電子信息等涉及秘密數據或票據的領域和部門，其應用價值和前景十分廣闊。

此外，並且我國科學家還成功研製出一種新型量子通信晶片，其尺寸僅為普通晶片的1%，這種晶片也比較適合後來對手機的一些研發，它不僅能提高續航能力，而且能做到絕對保密，有這樣的發展勢頭，也讓國人非常高興，希望這些能儘快與大家見面。