济南：进击量子产业第一城

谈起量子，人们常说“遇事不决、量子力学”，但量子的概念对于很多非专业人士而言仍然陌生。

“通俗来说，物理量里最小的单元都叫作量子，量子是可数的、不可分割的最小个体。比如，光子是光能量的最小单元，一个光子就是一个量子。量子好像很神秘，但却与我们的生活息息相关，激光、光伏、核能、集成电路、核磁共振等广义上都视为量子技术的应用。”济南量子技术研究院（以下简称“济南量子院”）副院长、历下区科技副区长周飞告诉《中国新闻周刊》。

而当下，“量子”成为今年山东省和济南市两会的“热词”。2025年1月，在山东省和济南市相继发布的政府工作报告中，均有发展量子技术的相关表述。

近年来，“量子”为济南的产业发展不断注入新活力：世界首颗量子微纳卫星“济南一号”发射升空，使济南成为国内第一个拥有商业量子卫星的城市；济南量子院归口管理的6项首批量子测量领域国家标准正式发布实施，填补了国内空白，实现量子信息领域标准全覆盖……

与量子力学的百年历程相比，济南在量子领域的发展只有十余年，却经历了“从无到有”“从小到大”“从跟跑、并跑到部分领跑”的快速发展历程，量子科技在这座城市，已从实验室走向产业化，且应用场景越来越多。

从“零起点”跻身“国家队”

量子不是新概念，其最早出现于1900年德国物理学家普朗克的论述里，100余年来，经过爱因斯坦、德布罗意、海森堡等物理学家的研究，逐渐建立并不断完善量子物理学，学科发展促成了半导体、电子显微镜、激光、集成电路芯片等重大发明。量子技术在通信、计算、测量等方面都有广泛应用。

济南初始布局量子产业，是在十多年前。2010年2月10日，山东省人民政府与中国科学技术大学（下称“中国科大”）签署科技成果转化合作协议。中国科大是我国最早开展量子信息科学研究的高校之一。

2011年5月16日，济南量子院成立，开展量子科学应用基础研究，为量子科研成果转化提供技术支撑。这也是当时全国第一个专门的量子研究机构。

一个现实问题是，在济南量子院成立之初，国内还没有多少人了解量子的概念，更少有人意识到量子技术的发展前景，济南量子院这个从零开始的机构踏上的还是一条充满荆棘的拓荒之路。

这一点周飞体会颇深。2012年，29岁的他从清华大学物理学博士毕业后，只身一人来到济南，他是济南量子院正式入职的第一人，也是济南引进的第一位量子信息领域的博士。

“我是湖北人，之前我从未来过济南，对这座城市的印象，仅停留在书本里的大明湖、趵突泉。”周飞告诉《中国新闻周刊》。

回忆当时的情形，他说，那时济南量子院可以说无载体、无基础，资源匮乏、环境不允许、专业人才缺乏、外部不理解。经过两年的努力，济南量子院“从0到1”的技术突破涌现了。

济南量子院量子探测与波导器件实验室研究员郑名扬告诉《中国新闻周刊》，他是安徽人，2013年从中国科大博士毕业后进入该实验室。“能够自主研发和生产量子器件是深耕量子领域的必要条件，如果不能保证核心器件自主可控，一旦在国际上遭遇禁售，我们就会很被动。”

郑名扬说，目前该实验室已经自主研发并具备量产PPLN波导（即周期极化铌酸锂波导）及上转换单光子探测器的能力，此外还在开展基于周期极化铌酸锂波导的其他研究，如量子存储频率转换芯片、高时间分辨单光子探测器等。

周飞说，早在2015年，济南量子院就依托济南量子通信试验网承接了中国科学院量子产业化平台。但要想让济南占据量子信息领域独特优势，站到世界舞台的中央，还必须布局产业标准。济南量子院团队经过多次论证沟通，2019年，国家标准委批准成立全国量子计算与测量标准化技术委员会，秘书处设在济南量子院。至今，该技术委员会已归口发布国家标准9项、新立项6项。同年，国际标准化组织首个量子信息焦点工作组也落地济南，周飞担任了其国内对口组唯一副组长。

2023年，依托济南量子院建设的国家实验室济南基地，承接了国家重大科学任务。此时的济南量子院已经成为“国家队”的重要组成部分。

从“墨子号”到“济南一号”

2024年年底，中国电信研究院联合合肥国家实验室、济南量子院等多个机构，完成全球首个量子加密5G卫星通信“两星三网”融合试验。

“两星三网”的“两星”为量子卫星、（高轨）高通量卫星，“三网”为5G移动通信网、量子卫星密钥分发网、（高轨）高通量卫星宽带通信网。

“这个实验预示着量子保密通信离走进普通人的日常生活不远了。”周飞介绍，过去，量子保密通信要通过专用网，只能满足少部分应用场景。“两星三网”融合试验将“济南一号”量子微纳卫星的密钥分发到地面站，再应用到量子密钥手机上，实现5G经典通信的加密。

“济南一号”是世界首颗量子微纳卫星（通常指质量小于10千克、具有实际使用功能的卫星）。2016年8月16日，“济南一号”的“前辈”——“墨子号”在酒泉卫星发射中心发射。“墨子号”是世界首颗量子科学实验卫星，其升空后第一个发布的成果，就获得了美国科学促进会颁发的2018年度“克利夫兰奖”。新华社报道称，这是该奖项设立90多年来，我国本土的成果首次获得这一殊荣。

“墨子号”首次实现了星地量子密钥分发、洲际量子密钥分发等一系列空间量子科学实验，并与地面光纤量子密钥分发干线，构成天地一体化广域量子保密通信网络雏形，开展了一系列应用验证。

2016年以来，济南量子院技术团队参与国家首条量子保密通信骨干网络“京沪干线”的建设和“济南一号”的研制。

卫星升空时，还需要有地面站解决卫星与地面“对话”的问题。在济南高新区的支持下，济南量子院负责组织地面应用系统研制，作为用户总体开展量子密钥分发应用技术验证。

2019年，济南量子院启动小型化量子通信卫星地面站项目。经过上千次实验，相继解决了长期稳定性和收集效率等难题，于同年12月24日在济南完成部署。六天后，位于济南量子院楼顶的这座地面站，与“墨子号”量子科学实验卫星完成星地对接。完成对接后，“墨子号”可以分发密钥，地面站接收后可以进行密钥试验。

周飞称，这是我国首个小型化可移动量子卫星地面站，只有百公斤量级，可搬动、可车载。这为下一步在各种复杂环境条件下的大规模产业化提供了重要条件。

上述地面站与“墨子号”成功对接后，为了能满足“济南一号”更微弱信号的星地对接需求，科研团队在部署小型化地面站时又历经波折。

周飞告诉《中国新闻周刊》，为了寻找合适地点部署地面站，济南量子院的科研团队联系了相关部门，对济南全市642个山体逐一比对交通、场地、供电和设备安全等各类因素。

起初，科研团队想选在距离研究院较近的盖子山，但山顶不平坦，不利于设备固定；后来考虑济南南部山区的七星台，那是济南最佳观星点，但科研人员发现路况欠佳，设备运输受阻，只能放弃；之后又考察了济南平阴县的象山，当地虽然满足部署条件，但距离量子通信地面光纤网络接入节点较远，无法实现卫星与地面网络的联通。经过多次失败的尝试后，济南量子院的科研团队联系到位于济南市章丘区瓦山山顶的章丘区气象局。

周飞说，那里满足部署条件，也便于接入地面网络，可是气象探测对电磁环境要求很高，科研团队不敢轻易部站。在章丘区气象局协调配合下，设备顺利通过了电磁环境测试，地面站最终部署在了瓦山。

2022年7月27日12时12分，“济南一号”在酒泉卫星发射中心搭载中国科学院“力箭一号”运载火箭成功发射。

媒体报道称，“济南一号”的成功研制，突破了低成本小型化量子密钥分发、实时密钥提取等关键技术，使我国在世界上首次实现基于微纳卫星和小型化地面站之间的实时星地量子密钥分发，将助力我国构建低成本、实用化的天地一体化量子保密通信网络。

有媒体报道称，与“墨子号”相比，“济南一号”成功“瘦身”，它的量子密钥分发终端仅仅重约23公斤，是“墨子号”的五分之一。在诱骗态光源方面，“济南一号”光源频率比“墨子号”提升了6倍，且采用了单激光器方案，有效降低了信息泄露风险。

从实验室走向市场

“大气污染的动态地图某处颜色变深，请注意变化情况。”近日，盯着智慧生态黄河平台的电子屏幕，济南市生态环境局高新分局技术人员，通过平台上的数据和颜色变化情况发现异常。

这些变化情况来自颗粒物光量子雷达做出的实时监测，通过监测，技术人员确定某处路口疑似出现污染情况。锁定地点后，两名工作人员迅速赶往现场排查，发现路口附近有工地在施工时没有湿法作业，造成道路积尘。经督导，污染情况很快被消除。

济南市生态环境局监测处处长王伟说，颗粒物光量子雷达是他们的“千里眼”和“好鼻头”。“这台颗粒物光量子雷达可以捕捉半径6公里内的颗粒物污染物，还能溯源。”

目前，这样的雷达在济南布局了15台，分布在主城区及莱芜、济阳、章丘等地，组建了全国首个“颗粒物光量子雷达监测网络”，监管效能因此大大提高。

颗粒物光量子雷达的研制单位是山东国耀量子雷达科技有限公司（以下简称“国耀量子”）。在国耀量子，《中国新闻周刊》看到了一台颗粒物光量子雷达的“真身”：以四脚支地支撑，上面有一个带着摄像头的白色长方形机体，外形酷似一台摄像机。

国耀量子总经理申屠国樑说，这款雷达能做到实时溯源，在放置该雷达的6公里范围内，雷达将以每8分钟一次的频率，全平面快速扫描，对检测范围的区域绘制一张“大气污染地图”，对颗粒物污染突发排放点进行快速“抓捕”，并反映出颜色的变化和数据变化情况。

“目前，这款雷达已在山东、浙江、安徽、福建等全国多个省份部署近90台。”

他称，一款光量子雷达专门“盯紧”一种成分（如二氧化碳、甲烷、颗粒物等等），可以把这种“成分”理解为光量子雷达检测的“软目标”，光量子雷达可以把这些目标迅速识别并定位出来。

《中国新闻周刊》记者看到，在国耀量子的光量子雷达智慧数据云平台上，大屏幕实时显示全国近200个雷达站点的颗粒物、能见度、风场等探测结果，初步构建了目前全国最大的光量子雷达监测网。

该公司算法部负责人贾铭蛟介绍，量子技术和激光雷达，这本是两个看似不相干的领域，自从中国科大的光量子雷达团队实现跨学科合作，量子技术被应用到激光雷达，探测灵敏度和应用范围大幅拓展。