Квантовые технологии преодолевают технологические барьеры: три ключевых направления переходят в стадию промышленного тестирования

Газета Securities Times (证券时报) репортёр Ю Шэнлян (余胜良), Е Линчжэнь (叶玲珍)

Погрешность не превышает 1 секунды за 30 млрд лет — квантовые технологии снова повысили точность отсчёта времени для человечества. В этом году в марте научно-исследовательская команда из Уханьского университета науки и технологий (中科大) добилась уровня прорыва в оптических часах порядка 10^[-19], продвинув глобальные стандарты времени в оптическую эпоху. Эта новая точность измерений открывает двери для целого ряда передовых применений.

Сто лет назад физики обнаружили, что классическая физика не может объяснить микромир, и на смену ей пришла квантовая механика. Сегодня квантовые технологии пробивают пределы классической физики, заново определяя вычислительные возможности, точность восприятия и информационную безопасность человечества.

Как одна из шести будущих отраслей в «Плане на 15‑ю пятилетку» (“十五五”规划纲要), квантовые технологии являются важной опорой для того, чтобы Китай занял ключевые позиции в будущих научно-технологических и индустриальных сферах. На данный момент Китай достиг прорывов во всех трёх ключевых треках — квантовых вычислениях, квантовой связи и квантовых прецизионных измерениях. Научно-исследовательские учреждения, представленные, например, Университетом науки и технологии Китая (中科大) и Шэньчжэньским международным институтом квантовых исследований (深圳国际量子研究院), а также ведущие компании, представленные Guodun Quantum (国盾量子), Guoyi Quantum (国仪量子) и Benyuan Quantum (本源量子), вышли на передний план; в общих чертах уже сформировалась модель, когда исследовательские кластеры стимулируют развитие индустрии.

Однако чтобы от исходных прорывов в лаборатории дойти до масштабных применений в производственной цепочке, всё ещё нужно преодолеть множество разрывов и барьеров. При объединении усилий со стороны разных сторон эта наступательная работа по ключевым направлениям уже движется к прорыву.

Занять три ключевых направления

Квант — это «минимальная единица», из которой складывается энергия мира. Используя свойства квантов, учёные переписывают законы микромира так, чтобы воссоздавать макромир.

В традиционной вычислительной сфере бит является минимальной единицей информации: он состоит из двух состояний — 0 и 1. В квантовом мире же квантовый бит может одновременно находиться в суперпозиции 0 и 1, как монета во время вращения, которая одновременно обладает признаками «орёл» и «решка». Между несколькими квантовыми битами возникает запутанность, которую можно использовать для высокоэффективных совместных вычислений. Суммарное число состояний для n квантовых битов достигает 2^n, что позволяет расширять размерность вычислительных возможностей.

На фоне глобальных квантовых вычислений, квантовой связи и квантовых прецизионных измерений китайские научные институты и компании демонстрируют «жёсткую» мощь, сопоставимую с уровнем ведущих международных команд.

Квантовые вычисления общепризнанно считаются самым сложным направлением среди квантовых технологий. Их цель — создать квантовый компьютер и выполнять вычислительные задачи, которые не под силу классическим компьютерам; это также является главным объектом атак и ключевой точкой прорыва для учёных в разных странах и технологических гигантов, включая Microsoft и Google.

Benyuan Quantum (本源量子), берущий исток в ключевой лаборатории квантовой информации Китайской академии наук, успешно разработал сверхпроводниковый квантовый компьютер «Бэнь Юань Укун» (“本源悟空”), оснащённый 72‑битовым автономным сверхпроводниковым квантовым чипом. По имеющимся данным, «Бэнь Юань Укун» осуществляет согласованную оптимизацию программного и аппаратного обеспечения через операционную систему квантовых вычислений «Бэнь Юань Си Нань» (“本源司南”) и квантовую систему измерений, контроля и мониторинга «Бэнь Юань Тянь Цзи» (“本源天机”). В настоящее время он стабильно работает более двух лет и за всё время выполнил свыше 800 тысяч квантовых задач в 163 странах и регионах мира.

В области связи квантовое распределение ключей обладает свойством: попытка подслушивания сразу распознаётся, благодаря чему связь вступает в абсолютную эпоху безопасности. Guodun Quantum (国盾量子), известная благодаря квантовой секретной связи, опирается на глобально ведущую патентную раскладку в сфере квантовой связи и другие ресурсы и самостоятельно разработала ключевое оборудование квантовой секретной связи пятого поколения. Это помогает создать первую в мире линию квантовой секретной связи уровня километров в масштабе тысяч — «Пекин‑Шанхай» (“京沪干线”), базовую магистраль национальной широкозонной квантовой секретной связи, а также крупные инженерные проекты вроде «пространственно‑временной интегрированной широкозонной сети квантовой секретной связи» (“天地一体广域量子保密通信网络”) и др. Всё это обеспечивает ключевую технологическую поддержку для перехода квантовой связи от лаборатории к демонстрационным применениям и для масштабного развертывания.

Guoyi Quantum (国仪量子) сосредоточена на направлении квантовых прецизионных измерений и самостоятельно разрабатывает высококлассные научные приборы. Соответствующий руководитель компании рассказал репортёру Securities Times, что, например, в качестве одного из ключевых компонентов выступает алмазный квантовый зонд: диаметр кончика зонда составляет всего 500 нанометров, то есть примерно 1/100 толщины человеческого волоса. Этот чрезвычайно маленький кончик зонда интегрирует сенсор на атомном уровне с масштабом порядка всего 0,5 нанометра. Как термометр способен улавливать температуру человеческого тела, так и для «аускультации» отдельной клетки и молекулы требуются более микроскопические и более чувствительные измерительные инструменты — именно здесь на сцену выходят квантовые приборы. В 2018 году Guoyi Quantum представила первую в стране отечественную коммерческую X‑диапазонную спектрометрию электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) (“电子顺磁共振波谱仪”), сделанную для бизнеса. Это в один шаг разорвало техническую монополию зарубежных брендов и позволило Китаю добиться важного прорыва в индустриализации технологий квантовых прецизионных измерений.

На данный момент структура развития Китая в трёх основных поднаправлениях квантовых технологий различается: в сфере квантовой секретной связи Китай занимает лидирующие позиции в мире; в исследованиях квантовых компьютеров Китай идёт вровень с США и вместе с ними входит в первую «глобальную пятёрку»; в сфере квантовых прецизионных измерений Китай частично лидирует на некоторых участках, однако в таких областях, как высококлассные научные приборы, по‑прежнему есть разрыв с развитыми странами.

Технологические «бутылочные горлышки» при прорыве

Отрасль высококлассных научных приборов в Китае стартовала относительно поздно; в верхнем сегменте производственной цепочки, где нужны высокоточные и высокотехнологичные компоненты, у страны налицо заметные слабые места. Ранее полностью комплексные квантовые измерительные системы среднего и высокого класса долгое время контролировались международными гигантами; кроме того, возникала даже угроза ограничений на экспорт и технологической блокады со стороны западных стран. Помимо этого, крайне не хватает междисциплинарных квантовых специалистов высокого уровня, которые одновременно имеют глубокую теоретическую базу и опыт индустриализации — это стало важным «бутылочным горлышком», ограничивающим развитие отрасли.

Жёсткая реальность вынуждает китайские компании идти собственным путём. Соответствующий руководитель Guoyi Quantum заявил, что для ответа на внешние вызовы компания самостоятельно преодолела и освоила «производство и управление высокооднородными стабильными магнитными полями», «технологии спин‑управляемых микроволн» и «проектирование и обработку квантовых датчиков» и другие базовые высококлассные технологии. Это продвигает приборы от ключевых компонентов к интегрированным системам, обеспечивая самостоятельную контролируемость. Одновременно компания составила чёткий план развития: в верхнем сегменте — углублять кооперацию локальной цепочки поставок, продвигать разработку и собственное изготовление ключевых компонентов, всесторонне повышать самостоятельность и устойчивость цепочки поставок; в нижнем сегменте — опираясь на «Quantum Sci & Instruments Valley» (“量子科仪谷”), строить глобальную сеть применений, ускоряя индустриализацию квантовых технологий в таких сферах, как промышленное производство, здоровье жизни и энергетика.

Заместитель вице‑президента Guodun Quantum Чжоу Лэй (周雷) заявил, что когда лабораторные технологии переходят к индустриализации, ключевым является достижение самостоятельной контролируемости основных компонентов, а также обеспечение стабильного и надёжного перевода продуктов в инженерные решения с переходом к масштабным применениям. В процессе развития компания сталкивалась с целым рядом вызовов, включая ограниченность поставок основных электронных компонентов, большую сложность интеграции конечных продуктов и сложность инженерных работ по построению сетей. Возьмём в качестве примера однoфотонный детектор: в прошлые годы международные продукты отличались высокой ценой и низким выходом годных изделий, что серьёзно сдерживало развитие китайской индустрии квантовой связи. Перед лицом пассивной ситуации, когда ключевой компонент «защемлён», Guodun Quantum в союзе с отечественными сильными структурами провела более тысячи циклов экспериментов и инженерных доработок и разработала отечественные однoфотонные детекторы, чьи характеристики существенно превосходят международные аналоги. Эта серия продуктов поддерживает ключевые проекты, такие как «Пекин‑Шанхай» (“京沪干线”) и «интегрированная широкозонная сеть квантовой секретной связи “Небо‑Земля”» (“天地一体广域量子保密通信网络”), закладывая прочную основу для масштабного развития квантовой связи.

В 2025 году Guodun Quantum представила первый в мире четырехканальный однокамерный глубокоохлаждаемый однoфотонный детектор. По ключевым показателям, таким как эффективность детектирования, уровень тёмного шума, интеграция и др., он обновил мировые рекорды. Его объём составляет всего 1/9 от объёма международных аналогов. В настоящее время компания может удовлетворять сценарии применения однoфотонных детекторов в подавляющем большинстве задач благодаря своей линейке самостоятельно разработанных однoфотонных детекторов, предоставляя решения с высокой экономической эффективностью для практических применений, таких как распределение квантовых ключей на сверхдальних расстояниях и однoфотонная визуализация.

Благодаря дальновидному планированию Министерства науки и технологий провинции Гуандун (广东省科技厅), Шэньчжэньский международный институт квантовых исследований (深圳国际量子研究院) начал раньше вести разработки ключевых квантовых приборов — например, электронных литографических установок, криогенных холодных головок и дилюционных холодильников. До того, как зарубежные страны ввели технологический запрет и блокировку в отношении Китая, соответствующие технологии уже в основном были разработаны и доведены до работоспособности, успешно преодолев «бутылочное горлышко» технологической блокады со стороны зарубежья.

«Нести яйца по дороге» к индустриализации

В одном квантовом вычислительном лабораторном центре репортёр увидел пару иероглифических строк с пожеланием, на которых было написано: «Рассекая тернии, измеряем данные; раздвигая волны, прокладываем путь ядру», а в горизонтальной надписи значилось: «Никогда не отзываемся от публикаций». Реальность такова: хотя в Китае квантовые вычисления после публикации ключевых научных работ и преодоления технологических «узких мест» уже достигли прорыва, вперёд всё ещё нужно двигаться к индустриализации и коммерциализации.

Чжоу Лэй (周雷) отметил, что вектор развития квантовых технологий — это не традиционный путь «сделать технологию зрелой, а затем вывести её на рынок». Скорее, это путь глубокой интеграции научных исследований и индустрии и инновационного развития «нести яйца по дороге».

«Нести яйца по дороге» — это распространённое выражение в индустрии квантовых технологий. Оно означает: в процессе восхождения к научным вершинам своевременно превращать промежуточные технологические результаты в продуктовые решения, доводя их до внедрения. Этот режим «нести яйца по дороге» проходит через три крупнейшие области — квантовую связь, квантовые вычисления и квантовые измерения — и именно он становится основной траекторией, по которой квантовые технологии в ближайший период выходят из лабораторий к рынку.

С точки зрения директора Шэньчжэньского международного института квантовых исследований и члена Академии наук Китая Юй Дапэна (俞大鹏), разработка научных приборов должна обязательно позволять массовое производство и индустриализацию (чтобы по-настоящему реализовать ценность). Раньше во многих странах проекты по разработке приборов делали прототип, проходили приёмку, после чего работа останавливалась, что приводило к утечке технологий в конечном итоге. Учитывая это, Шэньчжэньский международный институт квантовых исследований сформировал стартовую команду: молодые таланты из разных исследовательских групп, которые каждый создали отдельные компании. Они сосредоточились на индустриализации различных ключевых технологий и продуктов; соответствующие продукты уже начали продаваться на рынке. Только за последний год институт инкубировал восемь таких технологических компаний: например, такие компании, как Kunpeng Zhiyue и др., уже демонстрируют сильные возможности в разработке и потенциал индустриализации в области квантового вычислительного оборудования. Практика Шэньчжэньского международного института квантовых исследований как раз является типичным примером «нести яйца по дороге».

Сейчас, несмотря на то что некоторые компании заявляют о прорывах в индустриализации, общая база всё ещё относительно слабая. Например, большинство компаний ориентируется на продажи главным образом в вузы и научно-исследовательские институты для научных целей — подобные сценарии имеют сравнительно небольшой масштаб рынка. В будущем нужно дальше расширять сценарии масштабного применения для гражданского сектора и промышленности и продвигать реальное полноценное замыкание цепочки «лаборатория → индустриальная цепь» за счёт индустриализации.

Многие отраслевые эксперты, опрошенные СМИ, считают, что нынешнее технологическое развитие квантовых вычислений ещё далеко не достигло коммерческой стадии, которую ожидает рынок. Квантовые вычисления по-прежнему остаются на уровне научно‑исследовательских приборов: пока не создано новое вычислительное решение, которое можно было бы реально внедрить. Поэтому они не могут напрямую предоставлять практические услуги компаниям, а нижестоящие клиенты в основном ограничены научно‑исследовательскими институтами, университетами и небольшой группой инновационных компаний, где квантовые вычисления используются для экспериментов и исследований. Помимо того, что в некоторых редких математических задачах, специально подобранных под квантовые компьютеры, была достигнута квантовая превосходность, на текущем этапе ключевая задача квантовых вычислений всё ещё — догонять классические вычислительные системы.

«Ключевая цель квантовых вычислительных компаний в краткосрочной перспективе — выжить: продолжать накапливать технологии и развивать рынок, дожидаясь двойного созревания — технологий и рынка», — считает Юй Дапэн. Он полагает, что квантовая индустрия — это долгосрочный «гонка‑марафон», а квантовым вычислениям требуется период выращивания 5—10 лет. Он предлагает: сохранять высокоинтенсивные вложения в исследования и разработки, совершенствовать систему подготовки кадров, усиливать координацию по всей цепочке поставок, а также направлять терпеливый капитал на формирование планов. Это поможет Китаю перейти от статуса страны‑лидера по квантовым технологиям к статусу страны‑силы в квантовых технологиях и будет способствовать достижению целей квантовой эпохи в период «15‑й пятилетки» (“十五五”) — «глобальное лидерство в квантовой связи, практический прорыв в квантовых вычислениях и масштабное применение квантовых измерений».