對大眾來說，“量子”已經不是一個陌生的詞，但一些店家的欺騙和過度宣傳，讓這個詞顯得不這么純粹。“遇事不決，量子熱學”這句嘲諷的話，道出了這個領域的難堪窘境。
真正有技術濃度的量子科技應當是怎樣樣的？目前量子科技主流的研究方向，是量子熱學和信息科學的交叉學科——量子信息。
實際上，以量子信息為代表的量子科技，正在推進著第二次量子革命。第一次量子革命主要是借助微觀粒子系統的數學規律，誕生了半導體、激光和核能等新技術領域。而第二次量子革命，則是通過直接觀測和操控微觀粒子系統，對量子信息進行運用。
和信息技術包含信息獲取、處理和傳遞三個部份類似，對量子信息的運用，可細分為量子檢測、量子估算和量子通訊。這其中，量子通訊和量子估算最受關注，但量子檢測同樣具有極大的發展潛力和市場前景。這么，在這三個領域中，中國目前處于哪些樣位置？
圖片來自于銳觀咨詢"alt="圖片來自于銳觀咨詢"/>圖片來自于銳觀咨詢在量子通訊領域處于領先地位
所謂量子通訊，即借助微觀粒子的特點，對傳輸的信息進行加密。值得注意的是，這兒所說的“量子通訊”本質上是一種新的加密手段，而信息的傳輸方法仍是常規手段（如光纖）。
中國科學技術學院院長陳宇翱介紹，構建量子保密通訊的終極目標，就是構建覆蓋全省乃至全球范圍的量子保密通訊網路。目前世界上比較公認的路線圖是：先借助光纖在城市內建立一個網路，之后借助中繼聯接城市。在超遠距離，通過衛星的中轉實現遠距離的量子通訊。
中國早已率先走完了整個路線圖。中國科學技術學院院長陸朝陽表示，在量子通訊領域，“我國是全面領先于法國和德國的”。
專利數目彰顯了這一優勢。據中國信息通訊研究院統計，中國近來幾年申請量子通訊相關的專利相當多，低于日本和韓國。因為初期中國專利申請量較少，所以目前中國專利授權量多于印度，但未來會繼續上升。
專利之外，中國實實在在地在量子通訊領域取得不少突破。科普中國一篇文章寫道，在很長時間內，量子通訊的安全傳輸距離，只有10公里量級，因而學術界以前覺得量子密碼學基本早已到頭了，沒有太大前途。2003至2005年期間，俄羅斯和中國科學家提出了一種新的合同，致使安全傳輸距離可以提升到百公里的量級。自此以后，量子通訊蓬勃發展，而中國獲得了領先地位，大部份的新紀錄都是中國科學技術學院的研究團隊創造的。
說到中國科學技術學院，肯定繞不開潘建偉團隊。早在2003年，該團隊就提出，借助衛星實現星地間量子通訊、構建覆蓋全球量子保密通訊網的方案。這方案于2011年末即將立項，并在2016年8月16日走出里程碑式的一步：中國發射了世界上第一顆量子科學實驗衛星“墨子號”。
基于“墨子號”衛星，潘建偉團隊在2017年8月完成了三大科學實驗任務，比預料提早了一年多。這標志著中國率先把握了星地一體廣域量子通訊網路技術。
2017年9月29日，中國開通了世界首列量子保密通訊干線“京滬干線”。這條量子通訊保密干線全長2000多公里，聯接了上海和廣州，貫串西安和蘭州，共有32個量子通訊節點。
盡管量子加密的形式不可破解，但通訊節點卻是可以被攻占的。以前有過論文提出，通過功擊節點的信源端來詐騙量子密碼。簡而言之，就是用數學手段來功擊量子通訊所需的設備，而非物理意義上的破解密碼。也就是說，“京滬干線”在工程層面上，當然是有理論上漏洞的。其實，這些漏洞也可以通過工程手段來解決，例如強化設備安全性。
事實上，借助“墨子號”進行量子通訊，也有安全隱患。基于常規傳輸方法進行信息傳輸，“墨子號”衛星把握著用戶分發的全部秘鑰，如果衛星被他方控制，就存在信息泄露的風險。不過，潘建偉及其團隊于2020年6月發表在《自然》雜志上的一項成果解決了這個問題。
該團隊借助量子糾纏的特點，只在地面站用戶端對量子進行檢測，糾纏源（衛星）不把握秘鑰任何信息，雖然衛星被他方綁架了，秘鑰也不會泄露。在該論文之前，基于衛星糾纏的分發，效率低下、錯誤率高，不足以支持量子秘鑰分發。該團隊通過對地面站望遠鏡進行特殊設計，升級主光學和后光路，解決了衛星糾纏分發效率低的問題。
最終，她們利用“墨子號”，在相隔1120公里的兩個地面站之間，成功實現基于糾纏的量子秘鑰分發。雖然在衛星被他方控制的極端情況下，通過數學原理仍然能實現安全量子通訊。《自然》雜志審稿人對這一成果的評價是：“這是建立全球化量子秘鑰分發網路、甚至量子互聯網的重要一步。”
不管怎樣說，有了“京滬干線”和“墨子號”，意味著中國初步建立了天地一體化的廣域量子通訊網路基礎設施。在此基礎上，中國得以加快量子通訊技術的產業化應用。
就“京滬干線”而言量子計算和量子通訊，早已被用于金融、政府和國防等領域的加密數據傳輸。一些互聯網企業，也可通過阿里云使用云上量子通訊加密服務。“墨子號”的產業化難度相對較高，過去配合“墨子號”使用的量子衛星地面站，容積龐大，重達十幾噸，無法產業化應用。
2019年12月30日，中國自主研制的首個大型化可聯通量子衛星地面站（重量僅80多公斤），與“墨子號”對接成功，實現了量子技術產品化的突破量子計算和量子通訊，中國量子通訊有望步入產業化的時代。
在建設“墨子號”和“京滬干線”項目過程中，潘建偉團隊通過成果轉化培植了一家商業公司——國盾量子。2017年起，日本將量子通訊相關的關鍵技術、產品和元件納入出口管制名單，國盾量子希望靠自主研制，保障項目關鍵元元件的供應。
2020年7月，國盾量子作為A股“量子通訊第一股”上市，當日午盤價較發行價暴漲10倍，足見中國資本市場對量子通訊技術的親睞。不過，整體而言量子通訊仍然是一種新技術，現階段還處于產品推廣期。
在量子估算和量子檢測領域，仍待追趕
量子估算是指借助量子力學原理來處理信息，相應的計算機被稱之為量子計算機。1981年，波蘭化學學家蓋瑞?費曼提出，原則上，人們可以設計一種計算機，該計算機通過量子力學特點來工作。精典計算機的信息單位是比特，而量子計算機基于量子比特。
經過幾六年的發展，研究者們早已搭建起整個量子估算的理論體系。目前研究的重點，是把理論研究進行產業化。據中國科學技術學院博士、本源量子總工裁張輝介紹，從量子估算角度看，中國和印度起碼還有4~5年的差別。
據中國信息通訊研究院統計，在專利層面，愛爾蘭不管是申請量還是授權量，都居于前列。中國專利申請量在2018年超過了俄羅斯，但授權量與日本仍有不少差別。
一些關鍵成果都是日本企業率先作出了突破。2019年初，IBM推出了20個比特的量子估算截擊機，而且早已開始售賣。2019年10月，《》雜志刊載了關于“實現量子優越性”的論文。制造出了53個量子比特數的量子計算機，同樣的估算量，量子計算機用200秒就完成了，而目前最強的精典超級計算機，要耗費10000年才會完成。
目前，中國的學界和業界正努力減短和日本的差別。在學界，四川學院和中國科大學組成的團隊，于2019年8月研制出了一枚具有20個量子比特的量子芯片，而且成功操控其實現全局糾纏，刷新了世界紀錄。此前，固態量子元件中生成糾纏態的量子比特，最多是12個。
在業界，大公司如騰訊、阿里巴巴、百度和華為，創業公司如本源量子，都在量子估算上有所建樹。其中，阿里巴巴在2017年5月宣布，造出了第一臺光量子計算機。2018年5月，阿里巴巴達摩院量子實驗室，研發出了全球最強量子點路模擬器“太章”。而本源量子在2020年9月12日，上線了中國首個接入實體量子計算機的量子估算云平臺。被接入的量子計算機叫“悟源”，不僅內層制熱機由美國供應商提供外，其他部件都是本源量子自主研制，或由國外廠商制造。
這臺量子計算機只能提供6個量子比特，對標的是IBM在2017年在云端發布的5比特量子計算機。目前，IBM在云平臺上提供了50個量子比特的估算系統。
量子通訊和量子估算之外，量子信息學科還有另外一個重要方向——量子檢測。精典檢測方式受限于種種誘因，檢測精度提高面臨困局。而量子檢測通過借助量子體系（如原子和光子）的量子特點或現象，如疊加態、糾纏態、相干等，可以突破精典熱學框架下的檢測極限，實現更高精度的檢測，例如中國的北斗導航系統借助量子檢測技術，把定位精度提升到十分高的程度。
如上文所說，量子通訊和量子估算在輿論場有較高聲量，而量子檢測的公眾認知度相對較小，但普通人首先能用上的量子科技，其實就是量子檢測相關成果。
據中國信息通訊研究院統計，與量子通訊和量子估算相比，量子檢測領域的專利申請和研究論文總數偏少，但近些年來呈現下降趨勢。從地域上看，美、中、日的專利申請量較多，且中國在2018年超越了法國，但綜合實力仍不及新西蘭。
中國的研究多集中在院校和科研機構，如上海民航航天學院、中國科學技術學院以及中國航天科工四院33所，其中中國科學技術學院剛才取得一項重要科研進展。
據新華社2020年10月20晚報道，潘建偉、陸朝陽等人與日本耶魯學院等機構的學者合作，在同時具備高含量、高效率的單光子源元件上觀察到硬度壓縮，為實現基于單光子源的量子精密檢測奠定了基礎。
總的來說，以量子信息為代表的第二次量子革命中，中國處于競爭的第一梯隊。在量子通訊領域，中國領先于世界。而在量子估算和量子檢測領域，中國仍需追趕。