2月16日,欧盟量子技术(QT)旗舰计划高级督导委员会发布中期报告,就将于2018年启动的QT旗舰计划的战略研究议程提出了首次建议,针对计划长达十年的生命周期设置了雄心勃勃但可实现的目标,并细化了初始的3年爬坡阶段相关目标。高级督导委员会认为,QT旗舰计划应围绕量子通信、量子计算、量子模拟、量子传感/计量4个任务驱动型的研究和创新领域组织,并将基础科学作为共同的基础,且每个领域均需关注工程与控制、软件与理论、教育与培训三个方面。
(1)量子通信。量子通信涉及用于通信协议的量子态和资源的生成与使用。这些协议通常基于量子随机数生成器(QRNG)和量子密钥分发(QKD),其主要应用领域包括安全通信、长期安全存储、云计算及其他密码相关任务,以及未来用于分配量子资源的安全“量子web”。
(2)量子计算。量子计算的目标是通过比最知名或最可行的经典方案更快地解决部分计算问题,弥补并超越经典计算机。目前的应用包括因式分解、机器学习,还有更多的应用处于发现过程中。量子硬件与量子软件均是研究重点。
(3)量子模拟。量子模拟的目标是通过模拟或数字化方式将重要的量子问题映射到受控量子系统上,从而解决这些问题。与需要完全容错的通用量子计算相比,模拟更专业化,无需具备容错能力和普适性,因此可通过专业和优化的量子软件实现更早更有效的扩展。
(4)量子传感与计量。量子计量与传感致力于达到并超越经典传感的限制,超越标准量子限制(SQL)的传感已在实验室中实现,目前产业界正在研发不必非要超越SQL的量子传感。其目标是实现利用相干量子系统的第一代量子传感器和计量设备的完全商业化部署。基于纠缠量子系统的第二代量子传感器将在旗舰计划结束时进行演示。
战略研究议程针对各领域设置的里程碑如表1所示。
表1 欧盟QT旗舰计划战略研究议程设置的里程碑
领域 |
3年内 |
6年内 |
10年内 |
量子通信 |
开发和认证QRNG和QKD设备与系统,面向网络运行实现高速、高技术成熟度(TRL)、低部署成本的新型协议与应用;开发用于量子中继器、量子存储器和长距离通信的系统与协议 |
提供用于城际和城市间网络的低成本、可扩展设备与系统,展示受终端用户激发的应用;面向连接量子传感器或处理器等各种设备和系统的量子网络提供可扩展解决方案示范 |
开发自治型都市区、长距离(>1000米)、基于量子纠缠的网络,即“量子互联网”,并开发能利用量子通信新特性的协议 |
量子计算 |
展示用于制造具备超过50个量子比特的量子处理器的容错路线 |
实现具备量子纠错功能或鲁棒量子位、且优于物理量子位的量子处理器 |
能展示量子加速并超越经典计算机的量子算法将投入运行 |
量子模拟 |
开发出规模上具有公认量子优势的实验设备,拥有超过50颗(处理器)或500个(晶格)的单独耦合量子系统 |
在解决量子磁性等复杂科学问题方面具备量子优势,并演示量子优化(如通过量子退火) |
开发出原型量子模拟器,解决超算机力不能及的问题,包括量子化学、新材料设计、优化问题等 |
量子传感与计量 |
开发出采用单量子位相干且分辨率和稳定性优于传统对手的量子传感器、成像系统与量子标准,并在实验室中演示 |
开发出集成量子传感器、成像系统与计量标准原型,并将首批商业化产品推向市场,同时在实验室中演示用于传感的纠缠增强技术 |
从原型过渡至商业设备 |
(张娟)