近年來世界各國在量子科技領(lǐng)域的舉措及對我國的啟示

曾志毅

摘 要：“第二次量子革命”的競爭已經(jīng)進(jìn)入關(guān)鍵階段。世界各國紛紛提出量子戰(zhàn)略或者量子項(xiàng)目以促進(jìn)量子科研的發(fā)展。谷歌等企業(yè)也在量子計(jì)算機(jī)上取得重要進(jìn)展。為了打贏這場戰(zhàn)爭，建議政府在進(jìn)一步為量子科技的發(fā)展創(chuàng)造良好的政策和市場環(huán)境的同時(shí)，發(fā)揮體制優(yōu)勢，凝聚優(yōu)勢力量，使我國在量子科研的競賽中進(jìn)一步取得主導(dǎo)地位。

關(guān)鍵詞：量子科技；量子通信；量子計(jì)算機(jī)

當(dāng)前，“第二次量子革命”的競爭已經(jīng)進(jìn)入關(guān)鍵階段。為了贏得這場誰都輸不起的競爭，贏得“量子霸權(quán)”，以美國為首的世界各國在量子科技領(lǐng)域投入大量資金和資源。

一、各國在量子科技領(lǐng)域的舉措和進(jìn)展

（一）美國：提前做好戰(zhàn)略布局，為研發(fā)鋪平道路

政府部門尤其是軍方一直在美國量子科技的發(fā)展中扮演重要的角色。上世紀(jì)末，美國政府就將量子科技列為“保持國家競爭力”計(jì)劃的重點(diǎn)支持課題之一。近年來，美國對量子科技的重視也是有增無減。美國國防部在2013年至2017 年科技發(fā)展“五年計(jì)劃”中，將“量子信息與控制技術(shù)”列為未來重點(diǎn)關(guān)注的六大顛覆性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域之一。2018年6月，美國白宮正式啟動小組委員會，以指導(dǎo)聯(lián)邦政府在量子科技領(lǐng)域發(fā)揮應(yīng)有的作用，并協(xié)調(diào)公共和私營部門對量子技術(shù)的研究。2018年9月，美國政府正式提出了量子戰(zhàn)略，宣布將成立多個國家級實(shí)驗(yàn)室，投入大量資金到量子技術(shù)研究項(xiàng)目。2018年12月，美國國會正式通過了國家量子計(jì)劃法案，這個法案提出美國要制定一個為期10年的“國家量子計(jì)劃”，以加快美國在量子計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展。為此，美國將成立“國家量子協(xié)調(diào)辦公室”協(xié)調(diào)相關(guān)政策，并授權(quán)能源部等各部門投入約13億美元進(jìn)行量子研究。

在政府和軍隊(duì)的支持下，美國的大學(xué)、企業(yè)聯(lián)合開展了多項(xiàng)有關(guān)量子科技的研究工作，在量子科技研究方面取得了一系列的突破。2018年，美國芝加哥的一批科學(xué)家宣布正在搭建史上第一個量子互聯(lián)網(wǎng)的雛形。在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，美國谷歌公司公布了最新一代72位，錯誤率只有1%的量子處理器Bristlecone。微軟公司也宣布在一段導(dǎo)線中實(shí)現(xiàn)了“半電子”狀態(tài)，稱將對該公司的量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)起到關(guān)鍵作用。2019年年初IBM 公司向世人展示了目前全球唯一一臺脫離實(shí)驗(yàn)室環(huán)境運(yùn)行的量子計(jì)算機(jī)“IBM Q System One”。

（二）歐洲：啟動量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目

早在20世紀(jì)90年代，歐盟就意識到量子科技的巨大潛力，持續(xù)對泛歐洲乃至全球的量子科技研究給予重點(diǎn)支持。不過，盡管歐洲在量子通信領(lǐng)域起步較早，成果也比較多，但是因?yàn)樗槠仍?，在量子科技研究上面臨著被其他國家趕超的情況。因此，在2016年4月，歐盟委員會發(fā)布了《量子宣言（草案）》，計(jì)劃于2018年啟動資金量為10億歐元的量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目，希望借此促進(jìn)量子技術(shù)在歐盟的發(fā)展。量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目將主攻通信、計(jì)算、傳感和模擬這四個方面的量子技術(shù)。在該項(xiàng)目啟動之后，匈牙利、奧地利和德國也給予了支持。其中，德國打算開展為期10年、總投資額約3億歐元，名稱為“QUTEGA”的量子研究計(jì)劃。不過，歐盟的量子科技研究計(jì)劃面臨兩大困難。一是歐盟之前啟動的石墨烯旗艦計(jì)劃和人類大腦計(jì)劃效果不理想，一直證明不了它的價(jià)值，導(dǎo)致各成員國和企業(yè)對量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目信心不足。二是英國退歐的影響，英國的量子科技研究，無論是研究成果還是資金投入都排在歐盟國家的前列，一旦退歐，對歐盟的量子科技研究無疑會造成比較大的負(fù)面影響。

作為歐洲量子科技研究領(lǐng)域的領(lǐng)先者。英國政府很早就圈定了一批有潛力推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展、值得深耕的“未來技術(shù)”，量子科技就是其一。早在2013年的政府秋季預(yù)算報(bào)告里，英國就宣布將在未來的5年里為量子科技研究投資2.7億英鎊，支持英國國家量子技術(shù)項(xiàng)目的第一個“5年計(jì)劃”。項(xiàng)目包含4個研究中心，分別由牛津大學(xué)、伯明翰大學(xué)、約克大學(xué)、格拉斯哥大學(xué)主持。2016年，英國政府科學(xué)辦公室發(fā)布量子技術(shù)報(bào)告《量子時(shí)代：技術(shù)機(jī)會》，提出重視量子應(yīng)用五大領(lǐng)域，促進(jìn)量子領(lǐng)域競爭。5大領(lǐng)域分別是原子鐘、量子成像、量子傳感和測量、量子計(jì)算和模擬以及量子通信。與產(chǎn)業(yè)的密切合作，是英國量子科技研究的一大特色。英國國家量子技術(shù)項(xiàng)目明確指出，要建立一個“政府、學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界的量子技術(shù)共同體”。目前，牛津大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的量子信息技術(shù)中心就與將近30家企業(yè)建立了合作關(guān)系。

作為歐洲的另外一個大國，俄羅斯科學(xué)界也在政府的支持下積極開展量子科技項(xiàng)目。2011年，俄羅斯國家研究型工藝技術(shù)大學(xué)創(chuàng)建了一個“超導(dǎo)超材料”實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室研究聚焦于光與物質(zhì)的相互作用。2016年，俄羅斯國家研究型工藝技術(shù)大學(xué)與俄羅斯量子中心宣布啟動大型量子技術(shù)中心。2018年，俄羅斯國家研究型技術(shù)大學(xué)莫斯科國立鋼鐵合金學(xué)院、俄羅斯量子中心的學(xué)者們與莫斯科物理技術(shù)學(xué)院、俄羅斯“斯科爾科沃”基金會，還有英德高校的研究者們一起，在致密超導(dǎo)納米纖維上制造出了全新的量子比特，為生產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)奠定基礎(chǔ)。俄羅斯先期研究基金會副主任謝爾蓋·加爾布克表示，俄或?qū)⒂?021年秋季研制出多量子比特量子計(jì)算機(jī)。

（三）日韓：量子計(jì)算機(jī)

我國的近鄰日本和韓國在量子計(jì)算機(jī)的研究上也是不甘落后。近期，日本國立情報(bào)學(xué)研究所、電信巨頭NTT公司以及東京大學(xué)攜手研制了該國首臺量子計(jì)算原型機(jī)，成為國際量子競賽活動的新成員。從理論上來說，該原型機(jī)的計(jì)算速度是傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)的100倍，而能耗僅為其1/10。2017年6月，韓國三大通信公司之一SK電訊在韓國首次成功研發(fā)了量子中繼器，從而使韓國成為了繼中國和美國之后第三個實(shí)現(xiàn)下一代安全技術(shù)的國家。在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，2018年3月，韓國科學(xué)技術(shù)研究院發(fā)布消息稱，該院量子計(jì)算機(jī)研究組與浦項(xiàng)工大研究組共同研究出能夠有效檢測量子計(jì)算機(jī)運(yùn)算過程的新方法，研究成果將為研發(fā)量子計(jì)算機(jī)提供幫助。

二、相關(guān)舉措對我國的啟示

（一）建議政府進(jìn)一步為量子科技的發(fā)展創(chuàng)造良好的政策和市場環(huán)境

我國在量子科技領(lǐng)域特別是量子通信領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。建議政府在法制環(huán)境、財(cái)稅政策、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)與成果轉(zhuǎn)化、人才培養(yǎng)、融資體制等方面繼續(xù)給予一定的支持，以保持我國在量子科研方面的領(lǐng)先地位。

（二）發(fā)揮體制優(yōu)勢，協(xié)調(diào)各方力量，盡快落地量子信息國家實(shí)驗(yàn)室

近年來國內(nèi)出現(xiàn)“量子熱”，多個地方布局量子研究，“招兵買馬”建實(shí)驗(yàn)室。這在一定程度上分散了資金和力量，造成重復(fù)建設(shè)。量子科技發(fā)展到今天，已經(jīng)不是一個學(xué)者或一個團(tuán)隊(duì)層面的競爭，而是成了國家綜合實(shí)力的競爭。建議我國發(fā)揮“集中力量辦大事”的體制優(yōu)勢，創(chuàng)新運(yùn)行機(jī)制，盡快落地籌劃建設(shè)的量子信息國家實(shí)驗(yàn)室，協(xié)調(diào)各方力量共同參與量子科技的研究工作。

（三）加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)合作

我國量子科技產(chǎn)業(yè)化還處在非常初級的階段，市場化機(jī)制還沒形成，目前量子科技的發(fā)展還是靠國家政策推動，市場競爭不夠充分。建議政府制定相關(guān)政策鼓勵更多類型的企業(yè)參與競爭，將我國的量子科技市場做大做強(qiáng)。

三、結(jié)語

知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對經(jīng)濟(jì)增長的影響越發(fā)突出。與此同時(shí)，在高科技發(fā)展的過程中，國家政策的推動作用也越發(fā)凸顯。不過，只有深化“政產(chǎn)學(xué)研”合作，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展才能百尺竿頭、更進(jìn)一步。

參考文獻(xiàn)

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[2] E安全網(wǎng).投入13億美元！美國”國家量子行動計(jì)劃”[2018-06-29].https：//www.easyaq.com/news/874801591.shtml.

[3] IBM的量子計(jì)算機(jī)走上了展臺，中國的走到哪了？[2019-02-09].http：//tech.ifeng.com/a/20190209/45307236_ 0.shtml.

[4] 澎湃新聞網(wǎng).專訪牛津副校長：重金加碼量子技術(shù)，英國希冀科學(xué)“日不落”，[2017-09-02].https：//m.thepaper.cn/newsDetail_forward_1779785.

[5] 科技日報(bào).日本首臺量子計(jì)算原型機(jī)推出速度為傳統(tǒng)超算的百倍 室溫下可長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行[2017-11-27].http：//www.stdaily.com/index/kejixinwen/2017-11/27/content_ 600482.shtml.

[6] 雷小苗，李洋.高科技產(chǎn)業(yè)的技術(shù)追趕與跨越發(fā)展——文獻(xiàn)綜述和研究展望[J].工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2019年第2期.