量子信息全球发展态势

范秀凤　付佳佳　仲汇慧

申雅琪　王　一　陈　琛

蒋丽丽

1　引言

量子信息诞生于20世纪末，由物理科学中的量子力学、量子光学、量子材料化学和信息科学中的计算机科学、通信科学等多个学科相互渗透融合而成，包括量子计算、量子通信和量子密码等多个研究方向^[1]。

1.1　量子信息的发展历程

1935年E· 爱因斯坦、P· 波多尔斯基和R· 罗森为论证量子力学的不完备性提出了EPR思想实验，被称为EPR悖论。1964年贝尔在局域隐变量理论的基础上推导出贝尔不等式。1982年法国学者Aspect首次通过实验证明了Bell不等式可以违背。随后一大批科学家都进行了不同程度的实验探究，最终确定量子力学的思想是成立的。这一思想的确立激起了大量研究人员对量子信息的研究，包括量子密钥分配、量子浓缩编码、量子隐形传态、量子纠错码、量子计算机等众多领域^[2]。同年，理查德·费曼提出利用量子体系实现通用计算的想法，量子计算机设想横空出世^[3]。1985年，英国牛津大学的David Deutsch明确提出了量子计算机的概念，并推导出量子图灵机模型。1993年，Lloyd提出用电磁脉冲诱导弱相互作用原子链的共振跃迁来实现量子计算机^[4]。同年，Bennett提出了量子隐形传态方案^[5]。1994年，美国的Peter Shor提出了量子质因子分解算法，极大缩短了量子计算机解决问题的时间^[6]。1995年，Cirac和Zoller提出用激光操纵离子阱中囚禁冷离子来实现量子计算^[7]。随后，Monroe等人利用离子阱技术在实验上实现了控制非门^[8]。1996年，Gershenfeld和Chuang利用核磁共振建立了最早的量子计算机^[9]。此时Grover提出了快速搜索量子算法。随后，Chuang等人^[10]在核磁共振（NMR）上首先实现了两个量子比特的Grover量子搜索算法。Ding等人用固态NMR演示了Grover算法^[11]。进入21世纪以后，量子信息由最初的算法转向了技术操作的研究。量子离物传态、量子密集编码^[12]、量子纠错编码、三粒子纠缠态等都已利用核磁共振技术实现。

1.2　量子信息的细分技术

量子信息科学主要包括量子通信和量子计算，而量子信息科学的基础则是量子态的制备、变换、传输、存储以及测量^[13]。在实验研究中，科学家们拓展了很多领域作为研究量子信息科学的平台系统，例如：光学体系、量子点、核磁共振体系、腔量子电动力学体系和原子系统等。我国在重大科学研究计划“十二五”专项规划中对量子信息的技术做了如下细分，包括基于光子的量子信息处理、基于固态系统的量子信息处理、基于冷原子（离子）、分子的量子信息处理、量子仿真、量子通信与信息安全、量子信息理论等6项。具体细分技术如表1所示。

表1　量子信息的细分技术

2　主要国家发展战略要点

近年来，量子信息科学技术不断发展，量子的相干性和纠缠性等特征给信息科学领域带来新的研究前景。在信息全球化的背景下，美国、欧盟和中国等国家对量子信息技术的发展做出了战略性的布局，并投入大量的资源进行量子信息理论和关键技术的研究和探索。

2.1　美国

美国较早对量子信息进行研究，并最先把量子通信列入国家战略、国防和安全的研发计划中。美国在量子通信发展中侧重于技术研发和应用，尤其是量子密码通信方面，技术水平已达到世界领先水平。从1992年开始，美国科学基金会（National Science Foundation, NSF）已经资助相关项目1 093项，累计资助金额约9.06亿美元^[14]（见图1）。资助的项目包括量子信息算法的探索、实验室的更新、研究所的建设、实验器件的制备等。

图1　美国NSF对量子信息相关项目投入

美国国防部先进研究项目局（Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA）从20世纪90年代开始资助量子计算的相关研究。90年代末到2013年，DARPA在国防研究科学、电子学技术和通信技术等领域开展大规模的量子信息研究。2001年的《量子信息科学与技术计划》（QuIST）开启了全方位研究量子信息科学相关的新技术，2005年启动《重点量子系统计划》（FoQus），2007年更名为《量子纠缠科学与技术计划》（QUEST），2008年再次更名为《量子信息科学计划》（QIS）。

2.2　欧盟及其成员国

20世纪90年代初，欧洲各国就认识到量子信息处理和通信技术在未来发展中的巨大潜力。从欧盟第五框架开始，持续对欧洲乃至全球的量子通信研究给予重点支持^[15]。2008年9月，发布关于量子密码的商业白皮书，启动量子通信技术标准化研究，成立“基于密码的安全通信工程”。同年10月，来自12个欧盟国家的41个小组投入1 471万欧元，成立了“基于量子密码学的全球安全通信网络开发项目”（SECOQC）^[16]。2010年，欧盟更新了欧洲未来5年和10年的量子通信研发目标，并在《欧洲研究与发展框架规划》中专门提出了《欧洲量子科学技术》计划和《欧洲量子信息处理与通信》计划，大力推进量子信息技术的发展。同年，在《量子信息处理和通信：欧洲研究现状、愿景与目标战略报告》中提出将重点发展量子中级和卫星量子通信，实现千公里量级的量子密钥分发，欧洲空间局则计划在国际空间站上的量子通信终端与一个或多个地面站之间建立自由空间量子通信链路，演示量子密钥全球分发的可行性^[17]。2013年3月，欧盟举办量子技术应用高层圆桌会议，会议肯定了欧盟在超级计算机、安全可靠的信息通讯、准确测量及感应装置、超精细航天导航量子钟等众多科技领域具有突破的潜力，并希望在未来2 ～ 10年内获得革命性的技术突破，并形成相当规模的新兴产业^[18]。同一年，欧盟启动“欧盟2020发展战略”，并于12月11日正式启用新的研究框架——“地平线2020”（Horizon 2020）。研究框架中对未来和新型技术（FET）投资26.96亿欧元，基金支持“量子模拟”项目的探索，旨在量子物理与量子技术基础之上，采用新的工具解决理论科学和应用科学中的问题，为“石墨烯”和“人脑计划”两个FET旗舰计划提供欧盟方面的支持^[19]。

英国将量子信息技术上升到国家战略层面。量子技术战略顾问委员会（QTSAB）的建立为量子技术的发展提供了一个明确的重点，以协调各领域的合作。英国将在未来10年投资支持量子信息相关学术界和工业界，以共同促进英国量子技术生态系统的发展；继续投资支持充满活力的英国量子研究基地和设施；使本行业能够享用先进设备，为本国大学配置先进的设施；支持行业创新型人才培养，以满足未来的行业需求；鼓励人才、创新以及思想观念在企业和政府机构之间自由流动；驱动有效的规章制度的完善；保持英国在量子器件、组件、系统上的优势，同时继续维持量子技术全球范围内的优势地位。认为国家量子信息技术战略将是确保英国的量子技术研究和科研技术基地建设取得国际重要影响力的重要环节，并有利于加强与其他国家的合作^[20]。2014年英国政府的长期经济计划，将2.7亿英镑资金投入量子计算的研究。在未来5年，资金将被分配到五分之一的量子技术中心。量子技术网络是英国政府的重要战略，量子中继器的发展已经初见成效，量子计算的加密和解密技术以及量子信息通信安全问题得以密切关注^[21]。

2.3　日本

日本政府将量子技术视为本国占据一定优势的高新科技领域重点发展，重点引导相关前沿技术研发。从2001年开始，日本先后制定了以新一代量子信息通信技术为对象的长期研究战略和量子信息通信技术发展路线图，计划通过高强度的研发投入，采取“产官学”联合攻关的方式推进研究开发，进行量子通信的关键技术如超高速计算机、光量子传输技术和无法破译的光量子密码技术攻关和实用化、工程化探索。2011年8月19日，日本政府公布了第四期《科学技术基本计划》，信息与通信技术的重要性得到了肯定，日本将加强量子科学技术的尖端测量解析技术的发展，如纳米技术和光学和量子科学与技术；促进先进的信息和通信技术发展，如仿真和电子学。2014年日本教育部科学计划白皮书，多处涉及量子信息技术，充分强调了量子信息的重要性。在发展基础科学，促进交叉学科以及跨领域发展中多有涉及量子信息相关领域。同年，教育部强化支持科学技术发展的重要政策中也包含“发展基础技术以开发光量子科学重点研究基地”的拥有竞争的基金支持政策^[22]。日本邮政省将把量子信息确定为21世纪国家的战略项目，日本的NICT也启动了一个长期支持计划。日本国立信息通信研究院计划在2020年实现量子中继，到2040年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。

2.4　中国

1998年，国家自然科学基金委员会批准资金16万元，用于中国科学技术大学“量子纠缠态的特性、制备和应用”研究项目的进行。1999年，中国科学院设立了“中国科学院量子信息重点实验室”。2001年开始，科技部“973”“863”项目逐渐加大对量子信息领域的科学资助。2006年，国务院在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中部署了量子调控研究四个重大科学研究计划，将量子信息的研究推向了新的高度。2011年，科技部印发《国家“十二五”科学和技术发展规划》，规划强调推动量子调控研究等六个重大科学研究计划的实施，力争在未来五年内取得重大突破。2012年，科技部下发了《量子调控研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划》，重点强调了量子信息是要突破的重点之一。图2中显示国家自然科学基金（NSFC）对量子信息相关项目的资金投入情况，总体上是上升的趋势，累计资助项目321项，累计资助金额高达18 801.1万元。在2014年NSFC投资了52个与量子信息相关的项目，总投资金额超过了3 900万元。

图2　NSFC对量子信息相关项目的资金投入

NSFC资助项目中（见表2）量子信息领域资助项目主要集中在量子光学、量子计算、量子通信和量子精密测量等方面的理论、实验以及器件的研究。资助金额大于等于100万元的项目有35项。其中“聚集体的经典和量子统计物理的前沿问题研究”“量子光学与光量子器件研究”“基于光子与冷原子的量子信息物理和技术”、“聚集体的经典和量子统计物理的前沿问题研究”4个项目资助最多，均达到600万元。

2001年以来，我国相继成立了“中国科学院量子信息重点实验室”、“南京大学人工微结构与量子调控协同创新中心”、“清华大学量子信息中心”和山西大学“量子光学与光量子器件国家重点实验室”等一系列量子信息科学研究机构和组织。目前，我国的量子信息技术研究已经走在世界的前列。其中，中科院量子科学实验室潘建伟团队，在量子隐形传送、远距离量子保密通信、冷原子量子存储技术等研究均处于世界领先水平。该团队牵头组织了中科院战略先导专项“量子科学实验卫星”，计划在2016年左右发射量子科学实验卫星，在此基础上将实现高速的星地量子通信并连接地面的城域量子通信网络。

表2　中国NSFC对量子信息相关项目资助情况

（续表）

3　量子信息论文分析

为全面了解量子信息研究领域发展状况，从1997年至今、最近10年间（2005—2014）、最近3年间（2012—2014）发表的核心期刊论文和专利申请数量两方面进行数据统计和定量分析，检索策略详见6附录中附表。

3.1　领域发展概况

在量子信息研究领域，1997至今SCIE论文总产出量为26 262篇。这段时期，随年份变化量子信息研究论文数量呈稳定增长趋势（见图3）。

具体看量子信息六大细分技术方向的发文年度变化（见图4），量子仿真与量子信息理论两个方向发展最早，1997年的发文量均超过100篇；基于光子的量子信息处理、基于固态系统的量子信息处理、基于冷原子（离子）、分子的量子信息处理、量子通信与信息安全4个方向在1997年均处在起步阶段。比较1997至今六大方向的发展速度，量子信息理论增长最快；量子仿真和基于光子的量子信息处理两个方向也呈现较快的发展速度；量子通信与信息安全、基于固态系统的量子信息处理两个方向发展较慢，基于冷原子（离子）、分子的量子信息处理方向增长最缓慢。比较2010年至今的六大方向的发文量，从高到低依次是量子信息理论、量子仿真、基于光子的量子信息处理、量子通信与信息安全、基于固态系统的量子信息、基于冷原子（离子）、分子的量子信息处理。

图3　量子信息研究领域论文发表量年度趋势分布

图4　量子信息细分技术论文发表量年度分布

3.2　主要国家科技实力分析

从2005—2015年各国量子信息研究领域论文发表数量（见图5）可以看出，具备较强科技实力的国家有美国、中国、德国、英国、日本、意大利、加拿大和法国。其中，美国与中国论文发文量占比分别是25.5%、22.9%，遥遥领先；第三至第五位依次是德国（12.4%）、英国（8.6%）、日本（7.1%），第六至第八位分别是意大利（5.8%）、加拿大（5.6%）、法国（5.5%）。其他国家的发文均低于发文总量的4.0%。

图5　量子信息研究主要国家论文产出

关于Top8国家的发表论文影响力（见图6），超过25次篇均被引的国家有德国（27.36次）、英国（27.09次）、美国（26.34次），位于20 ～ 25次之间的国家有法国（23.85次）、加拿大（21.55次）、意大利（20.04次），日本篇均被引17.83次，中国为9.10次。

图6　量子信息研究主要国家论文影响力

图7给出了量子信息领域论文发表数量排名前5位国家（美、中、德、英、日）在6个细分技术方向上的研究优势。美国、德国、英国、日本在量子仿真、量子信息理论方向投入更多的关注，而中国在基于光子的量子信息处理、量子通信与信息安全、量子信息理论三个方向关注相对较多。总体而言，美国在量子信息研究领域发展最全面。

图7　量子信息研究主要国家论文优势技术领域

从国家近3年活跃度来看，图8显示量子信息研究论文发文活跃国家依旧是以上8个国家，但顺序有所变动。中国取代美国，成为发文量最多的国家；加拿大超越意大利，排名上升一位。比较八国2005—2011年与2012—2014年两个时期的发文占比变化（见图9），也可以看出，中国与加拿大在近3年的发文量占比相对较高，反映中国与加拿大近3年在量子信息领域投入更多。从发文影响力看，发表论文篇均被引从高到低依次是法国（13.79次）、德国（13.48次）、英国（12.55次）、美国（11.22次）、加拿大（10.09次）、日本（8.02次）、中国（4.97次）。

图8　近3年量子信息研究主要国家论文发文量与发文影响力

图9　近3年量子信息研究主要国家论文产出百分比

3.3　主要机构竞争力分析

基于2005—2015年全球量子信息研究论文的发文，整理出论文产出排名前15位机构数据，如表3所示。中国科学院以583篇发文量居第一位，其次是中国科学技术大学与加拿大的滑铁卢大学。从国家分布看，前15位机构中，中国有3所，美国3所，英国2所，加拿大、新加坡、俄罗斯、日本、澳大利亚、德国、奥地利各1所。从发文影响力看，Top15机构中，德国马克斯普朗克量子光学研究所篇均被引第一，达到48.42次；其次是因斯布鲁克大学（45.19次）、哈佛大学（45.17次）、马里兰大学（43.00次），此外牛津大学、麻省理工学院、昆士兰大学的论文篇均被引都在30次以上。

表3　量子信息研究论文发表排名前15位机构

（续表）

图10显示发文量排名前10位的机构在量子信息研究领域的技术优势。中国科学技术大学与中国科学院在基于光子的量子信息处理和量子通信与信息安全方向优势显著；中国科学院和哈佛大学在基于固态系统的量子信息处理与基于冷原子（离子）、分子的量子信息处理方向占优势；中国科学院与俄罗斯科学院在量子仿真方向发文占优势；滑铁卢大学在量子信息理论方向发文超200篇，位居第一，此外，中国科学院、新加坡国立大学、中国科学技术大学、麻省理工学院的在量子信息理论方向发文均在150篇之上。

图10　前10位机构在量子信息研究各方向论文产出分布

分析Top15机构之间的合作关系，总体合作频繁。最紧密的合作关系有：新加坡国立大学与牛津大学（47篇），中国科学院与中国科学技术大学（43篇），哈佛大学与麻省理工学院（34篇），中国科学院与清华大学（30篇）等。图11显示2005—2015年Top15机构间的主要合作网络，呈现4个比较紧密的合作群：新加坡国立大学–牛津大学–剑桥大学，中国科学院–清华大学–中国科学技术大学，麻省理工学院–哈佛大学–滑铁卢大学，因斯布鲁克大学–马克斯普朗克量子光学研究所–哈佛大学。而东京大学、俄罗斯科学院分别与Top15其他机构的合作程度低。

图11　Top15机构主要合作网络

从机构近3年的表现来看（见表4），中国科学院以207篇的发文量排名第一位，新加坡国立大学、中国科学技术大学分别位列第二、第三，滑铁卢大学以148篇发文量排列第四。与2005—2015年发文量前15位机构相比，仅昆士兰大学与马里兰大学退出。新上榜机构有苏黎世联邦理工学院（第9位）和北京邮电大学（第12位），显示出这两所机构近3年在量子信息领域投入更多的关注。从发文影响力看，Top15机构中，马克斯普朗克量子光学研究所以39.55次篇均被引遥遥领先，哈佛大学第二（22.45次），其次是因斯布鲁克大学（17.89次）与牛津大学（17.85次）。

表4　近3年量子信息研究主要机构论文产出

3.4　研究主题分析

对2005—2015年近10年的论文进行主题词分析（见表5），近10年量子信息主要涉及的研究方向有量子计算、量子通信、量子密码、量子光学等，主要涉及的研究原理或技术是量子纠缠、量子隐形传输、退相干、量子密钥分配和量子算法等。

表5　2005—2015年量子信息研究的主要主题分布

从量子信息近3年的主要研究主题词来看（见表6），量子纠缠原理广泛运用于量子信息、量子通信和量子光学等研究，另外在量子信息的研究中运用了量子密码、量子态隐形传输、退相干、量子密钥分配、量子仿真/模拟、保真度/逼真度、分子动力学和冷原子等研究；量子计算主要集中于量子算法、量子模拟、量子水印和粒子群算法等研究；量子通信主要针对量子纠缠及纠缠浓度和量子密码的研究。

表6　2012—2014年量子信息研究的核心主题和相关主题分布

（续表）

（续表）

（续表）

注： [x]为引用该主题词的文献数量。

利用TDA工具对2012—2014年近3年的论文进行分析（见表7），在量子信息的研究中出现了很多理论、方法和控制器件。在量子计算研究中有格罗弗算法、非平衡格林函数、量子退火、几何量子计算、线性熵、Shor算法、幺正变换、Deutsch-Jozsa量子算法；密度泛函计算等；在量子模拟的研究中有量子蒙特卡罗模拟、杰恩斯–Cummings模型、海森堡模型和分子模拟等；量子信息研究中运用的器件有量子级联激光器、光检测器、Microtoroidal谐振器等。

表7　2012—2014年量子信息研究中新出现的研究主题

（续表）

4　量子信息专利分析

4.1　技术发展概况

在量子信息研究领域，1997—2013年专利产出1 790个专利族。这段时期，专利产出总体为逐年增长趋势（见图12）。

4.2　专利国家分析

而从专利申请数量来看（见图13），2005—2015年美国和中国仍是量子信息研究领域专利申请量最高的国家，分别为432个专利族和394个专利族，占总数的36.5%、33.3%，处于领先地位；其次是日本，专利共169个专利族，占全球专利总数的14.3%；第四至第七位分别是韩国、英国、加拿大、欧洲专利局，专利量分别为75、57、42、35个专利族，占全球专利的6.3%、4.8%、3.5%和3.0%。其他国家的专利数量均低于专利总量的2.0%。

图12　量子信息研究领域专利申请量年度趋势分布

图13　量子信息研究主要国家专利申请量

分析量子信息研究主要国家授权专利占比，从图14可以看出，法国、英国和韩国排名前三位，分别占75.0%、73.2%和66.8%。

分析近3年量子信息研究专利申请量活跃的国家，中国取代美国，成为专利申请数量最多国家；加拿大超越英国，排名上升一位（见图15）。比较7国2005—2011年与2012—2014年两个时期的专利数量占比变化（见图16），也可以看出，中国与加拿大在近3年的专利量占比相对较高。

图14　量子信息研究主要国家授权专利占比

图15　近3年量子信息研究主要国家活跃度-专利

图16　近3年量子信息研究主要国家产出百分比-专利

4.3　专利申请机构分析

表8显示量子信息研究领域申请专利数量排名前15位的机构。日本的东芝公司和电话电报公司专利数量分别是59和48个专利族，遥遥领先。其次是美国国际商业机器股份有限公司、中国安徽量子通信技术有限公司、韩国电子通信研究院、加拿大D–Wave系统公司和日本电气公司，专利量均超过了20个专利族。美国的惠普公司和哈佛大学、中国的华为技术有限公司、国家电网、西安电子科技大学、北京航空航天大学和浙江大学以及日本的科技局和三菱电机公司的专利数量都达到了10个专利族。从国家分布来看，前15位机构中，中国有6所，日本有5所，美国有3所，韩国、加拿大各1所。关于授权情况，美国惠普公司以100%位列第一，日本科技局以92.3%排名第二，韩国电子通信研究院以87.0%位列第三。

表8　量子信息研究专利数量排名前15位机构

分析近3年量子信息研究领域专利产出的机构排名，日本的东芝公司、电话电报公司分别以17和13个专利族排名第一、第二位。美国哈佛大学、中国安徽量子通信技术有限公司和国家电网以11个专利族并列第三位。与2005—2015年专利产出前16位机构相比，韩国电子通信研究院、日本的电气公司、三菱电机公司和日本科技局、美国惠普公司、中国浙江大学未再入榜，新上榜的机构有中国的山东量子科技研究公司、南京邮电大学和哈尔滨工程大学、日本冲电气工业和韩国三星电子有限公司（见图17）。

图17　近3年量子信息研究领域主要机构专利产出

4.4　专利技术布局分析

根据DII专利数据库的德温特分类体系，位于前10位的技术主题均属于T01电子计算机和电话和W01数据传输系统，其中电子计算机（T01）包括量子系统（T01–M06Q）、量子计算（T01–E05Q）、数据加密和解密（T01–D01）、应用软件产品（T01–S03）、编码和信息理论（T01–D02）、图像数字化/编码/压缩（T01–J10D）、搜索和检索（T01–J05B3）、比较数码值/随机发生器（T01–E04）等方向；电话和数据传输系统（W01）包括列块压缩编码算法寄存器/存储器（W01–A05A）和量子密码（W01–A05E）（见表9）。

利用TI软件聚类分析功能获取量子信息研究领域专利地图（见图18）。量子信息研究领域的研究热点集中在量子计算的器件及方法、量子数据处理、量子计算、量子算法、量子计算的应用。这些技术表现出较清晰的时间变化特征，1997—2005年（红点），量子信息研究领域的技术集中在量子计算的器件及方法：分束器、约瑟夫森结，量子计算：量化、编码，量子数据处理：信息传输、量子态等方面；2006—2015年（绿点）近10年较之前专利数量有了大幅增长，在每个技术热点上均有布局，特别在量子计算的应用（基材、激光、光纤、雪崩光电二极管）、量子理论（光子纠缠、激磁）和量子计算（模拟）等方向布局集中。

表9　量子信息专利主要技术方向

图18　量子信息研究领域专利地图（红点：1997—2005年；绿点：2006—2015年）

5　研究总结与发展建议

5.1　研究总结

量子信息这门科学技术领域经过20多年的发展，目前已经成为一门逐渐成熟的学科，并在未来仍具有巨大的发展潜力和市场前景。通过前文的调研和分析，总结如下：

（1）各国对量子信息技术都保持高度的重视，制定了一系列针对量子信息研究领域的发展计划。其中美国对量子信息科学的研究投入巨大，包括NSF、DARPA在内的众多机构，对量子信息技术都有大量的资助。欧盟在政策、资金和技术上对量子信息研究也有大力的支持。中国在量子信息科学研究中投资也越来越多，并且将量子信息列入国家的发展规划纲要，相继建立多个研究机构，重点支持量子光学、光量子器件、量子信息理论以及量子通信与信息安全方面的研究。

（2）从论文产出情况来看，1997—2015年总体数量保持着逐渐上升的趋势。2005—2015年，美国发表论文最多，中国紧随其后，发文数量超出第三名德国近一倍。从发表论文影响力分析，主要发文国家中，德国、英国、美国篇均被引名列前茅，中国偏低。美国在量子信息各方向的研究最全面，中国在基于光子的量子信息处理、量子通信与信息安全、量子信息理论三个方向成绩斐然。在发文机构中，中科院、中国科学技术大学、滑铁卢大学发文数量最多，而影响力较高的机构分别是马克斯普朗克量子光学研究所、因斯布鲁克大学和哈佛大学。Top15机构之间合作频繁，呈现4个比较紧密的合作群体。分析2012—2014年论文产出，中国和加拿大发文量提升幅度较大，反映了这两个国家对量子信息研究的重视程度逐渐加深。

（3）分析论文研究主题，近10年量子信息领域主要关注的主题有量子纠缠、量子计算、量子信息、量子通信以及量子密码。近3年对格罗弗算法、相干态、几何量子不和谐、非平衡格林函数、以及量子退火和绝热量子计算的研究热度逐渐提升。

（4）从专利申请量来看，1997—2013年量子信息领域的专利申请总量总体呈增长趋势。量子信息专利申请仍以美国为首，中国排名第二。分析授权专利占比，法国、英国和韩国位居前三。在专利排名前15位申请机构中，中国有6所，日本有5所，日本的两所机构东芝公司和电话电报公司分列第一、第二位。近3年，中国的申请专利数量最多，研究也较为活跃。其中安徽量子通信技术有限公司、国家电网、北京航空航天大学、西安电子科技大学、华为技术有限公司、山东量子科技研究公司、南京邮电大学和哈尔滨工程大学等8所研究机构专利申请量均排名前列，充分显示了近年来中国在量子信息领域上技术进步。

（5）分析专利技术布局，量子信息领域的专利集中在电子计算机和电话和数据传输系统两大类。近10年申请专利的技术多集中在量子计算的应用（基材、激光、光纤、雪崩光电二极管）、量子理论（光子纠缠、激磁）和量子计算（模拟）等方向。

5.2　发展建议

结合前文的分析总结，提出如下发展建议，希望能对我国量子信息的发展提供参考。

（1）注重量子信息理论研究与实践相结合，推进研究技术的实用化和产业化。中国在量子信息理论方向的研究处于领先的地位，特别是中科院和中国科技大学在量子信息理论方面的研究论文比较突出。2009年5月由中国科学技术大学组建安徽量子通信技术有限公司，从分析报告中可以看到在专利技术方面其位于全球第四、中国第一的地位，公司目前拥有中国最多的量子通信领域技术专利，自主研发的系列化产品涵盖量子通信网络设备、终端设备、核心器件、科学仪器，以及系统性的管控和应用软件等，并提供信息安全整体解决方案。作为产业先行者已建成世界首个规模化城域量子通信网络“合肥城域量子通信试验示范网”；将量子通信网络化技术在金融领域开拓应用，公司与中国科学技术大学、新华社联合建成“金融信息量子通信验证网”；并以成熟可靠的系统性解决方案多次为国家重大活动提供通信安全保障等。国家电网和华为技术有限公司作为企业比较注重专利技术申请保护，但在理论研究方面比较薄弱。

（2）集中优势力量，创建协同创新平台，推动量子信息技术研发及应用。从21世纪初，我国为了推动量子信息研究，中国科学院在2001年批准建立“中国科学院量子信息重点实验室”为重点实验室， 2001年10月国家科技部依托山西大学建立“量子光学与光量子器件国家重点实验室”，2011年6月清华大学建立“清华大学量子信息中心”，自2012年5月国家出台《量子调控研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划》之后，2012年12月南京大学牵头，联合中国科学技术大学、复旦大学、浙江大学、中国科学院合肥物质科学研究院等机构成立《人工微结构与量子调控协同创新中心》，2015年7月中科院将所属的中国科大量子信息技术研究团队在上海建立“中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心（上海）”以及中国科学院-阿里巴巴量子计算实验室。

从研究论文和专利成果的产出可以看出，中科院量子信息重点实验室及其组建安徽量子通信技术有限公司科研论文产出中国第一，在世界上也处于领先的位置。其新组建的“中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心（上海）”以政产学研为格局的协同创新中心，集原始创新、应用研发、成果转化、国际一流人才为一体的国际一流的量子信息科技研发基地,必将推动量子信息技术研发及应用。

（3）继续保持优势领域研究，加强薄弱环节的资助研究。在量子信息涉及的六个主要方向中，中国注重于量子信息原理、基于光子的量子信息处理和量子通信息与信息安全这三个方向的研究，在冷原子（离子）、分子的量子信息处理、量子模拟/仿真、固态系统的量子信息处理方面的还较为薄弱。今后利用量子信息的科学理论和逐步发展起来的量子操纵技术来推动量子信息处理技术，以使科学与技术之间形成良性的发展关系。

6　附录

数据来源：论文部分来自Science Citation Index Expanded（SCIE）；专利部分来自Derwent Innovations Index（DII）

时间范围：SCIE (1997.01.01—2015.09.08)；DII (1963.01.01—2015.09.08)

检索策略见附表。

附表 量子信息研究检索策略

【注释】

[1]古卫芳.关于量子信息思想发展史的研究［D］.山西大学，2007.

[2]戚志鹏，李明铭.从量子力学的两大悖论看量子［EB/OL］.［2013–05–10］/［2015–09–21］.http://wenku.baidu.com/view/a7741e1d6c175f0e7dd13700.html.

[3]廖国红.颠覆常规理念：有关量子计算的9大事［EB/OL］.［2013–07–19］/［2015–09–21］.http://news.xinhuanet.com/info/2013-07/19/c_132556459_7.html.

[4]邓富国.量子通信理论研究［D］.清华大学，2004.

[5]孙振武，金华，王相虎，等.量子信息学的理论基础与研究进展［J］.上海电机学院学报，2008，01：56–61.

[6]王凯宁.量子计算加速性能证明多世界解释吗？［J］.南京工业大学学报（社会科学版），2015，01：90–94.

[7]Lloyd S.A potentially realizable quantum computer[J].Science, 1993, 261:1569.

[8]Cirac J I and Zoller P.Quantum computations with cold trapped ions[J].Phys.Rev.Lett., 1995,74: 4091.

[9]Gershenfeld NA and Chuang I L.Bulk spin resonance quantum computation[J].Science, 1997, 275: 350.

[10]Chuang I L,Gersehenfeld N and Kubinec M.Experimental implementation of fast quantum searching[J].Phys.Rev.Lett., 1998, 80: 3048.

[11]Ding S W, McDowell C A,Ye C H, et al.Quantum computation based on magicangle-spinning solid state nuclear magnetic resonance spectroscopy[J].Eur.Phys.J.B, 2001, 24(1): 23–35.

[12]Fang X M, Zhu X W, Feng M, et al.Experimental implementation of dense coding using nuclear magnetic resonance[J].Phys.Rev.A, 2000, 61(2): 022307.

[13]彭亮.基于新型高亮度纠缠源的多光子量子信息处理实验研究［D］.中国科学技术大学，2011.

[14]National Science Fundation［EB/OL］.［2015–09–21］.http://www.nsf.gov/awardsearch/simpleSearchResult?queryText=quantum+information+&ActiveAwards=true.

[15]莫玲.基于专利分析的欧盟量子通信技术发展现状研究［J］.淮北师范大学学报（自然科学版），2015，02：47–52.

[16]国外量子通信产业发展的现状及趋势［EB/OL］.［2015–09–21］.http://d.ahwmw.cn/szjggw/skjqbs/?m=article&a=show&id=322313.

[17]量子通信：无法破译的密码［EB/OL］.［2013–06–18］/［2015–09–21］［2015–09–21］.http://news.xinhuanet.com/newmedia/2013-06/18/c_124869658.html.

[18]欧盟举办量子技术应用高层圆座会议［EB/OL］.［2013–04–16］/［2015–09–21］［2015–09–21］ http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201304/t20130415_100815.html.

[19]欧盟“地平线2020”计划［EB/OL］.［2015–09–21］.http://www.cstec.org.cn/ceco/zh/ceco.aspx.

[20]Quantum Technology Strategy ［EB/OL］.［2015–09–21］.http://www.epsrc.ac.uk/newsevents/pubs/quantumtechstrategy.

[21]英国政府的长期经济计划［EB/OL］.［2015–09–21］.http://www.hpcwire.jp/archives/3506.

[22]日本科学技术白皮书 ［EB/OL］.［2015–09–21］.http://www.mext.go.jp/b_menu/hakusho/hakusho.html.