各國(guó)量子競(jìng)爭(zhēng)

以美國(guó)為首的世界各國(guó)在量子科技領(lǐng)域投入大量資金和資源。

“第二次量子革命”的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)進(jìn)入關(guān)鍵階段。世界各國(guó)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。為了贏得這場(chǎng)誰(shuí)都輸不起的競(jìng)爭(zhēng)，贏得“量子霸權(quán)”，以美國(guó)為首的世界各國(guó)在量子科技領(lǐng)域投入大量資金和資源。

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美國(guó)：提前做好戰(zhàn)略布局

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政府部門尤其是軍方一直在美國(guó)量子科技的發(fā)展中扮演重要角色。上世紀(jì)末，美國(guó)政府就將量子科技列為“保持國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力”計(jì)劃的重點(diǎn)支持課題之一。近年來(lái)，美國(guó)對(duì)量子科技的重視也是有增無(wú)減。美國(guó)國(guó)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(lái)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(guó)白宮正式啟動(dòng)小組委員會(huì)，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(yíng)部門對(duì)量子技術(shù)的研究。2018年9月，美國(guó)政府正式提出了量子戰(zhàn)略，宣布將成立多個(gè)國(guó)家級(jí)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(guó)國(guó)會(huì)正式通過(guò)了國(guó)家量子計(jì)劃法案，這個(gè)法案提出美國(guó)要制定一個(gè)為期10年的“國(guó)家量子計(jì)劃”，以加快美國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展。為此，美國(guó)將成立“國(guó)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(guó)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突破。2018年，美國(guó)芝加哥的一批科學(xué)家宣布正在搭建史上第一個(gè)量子互聯(lián)網(wǎng)的雛形。在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，美國(guó)谷歌公司公布了最新一代72位，錯(cuò)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(duì)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(tái)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”。

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歐洲：?jiǎn)?dòng)量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目

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早在20世紀(jì)90年代，歐盟就意識(shí)到量子科技的巨大潛力，持續(xù)對(duì)泛歐洲乃至全球的量子科技研究給予重點(diǎn)支持。不過(guò)，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(guó)家趕超的情況。因此，在2016年4月，歐盟委員會(huì)發(fā)布了《量子宣言（草案）》，計(jì)劃于2018年啟動(dòng)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4個(gè)方面的量子技術(shù)。在該項(xiàng)目啟動(dòng)之后，匈牙利、奧地利和德國(guó)也給予了支持。其中，德國(guó)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(guò)，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(dòng)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(guó)和企業(yè)對(duì)量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目信心不足。二是英國(guó)退歐的影響，英國(guó)的量子科技研究，無(wú)論是研究成果還是資金投入都排在歐盟國(guó)家的前列，一旦退歐，對(duì)歐盟的量子科技研究無(wú)疑會(huì)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(guó)政府很早就圈定了一批有潛力推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、值得深耕的“未來(lái)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(guó)就宣布將在未來(lái)的5年里為量子科技研究投資2.7億英鎊，支持英國(guó)國(guó)家量子技術(shù)項(xiàng)目的第一個(gè)“5年計(jì)劃”。項(xiàng)目包含4個(gè)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(guó)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(huì)》，提出重視量子應(yīng)用五大領(lǐng)域，促進(jìn)量子領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)。五大領(lǐng)域分別是原子鐘、量子成像、量子傳感和測(cè)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(guó)量子科技研究的一大特色。英國(guó)國(guó)家量子技術(shù)項(xiàng)目明確指出，要建立一個(gè)“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(gè)大國(guó)，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(guó)家研究型工藝技術(shù)大學(xué)創(chuàng)建了一個(gè)“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(guó)家研究型工藝技術(shù)大學(xué)與俄羅斯量子中心宣布啟動(dòng)大型量子技術(shù)中心。2018年，俄羅斯國(guó)家研究型技術(shù)大學(xué)莫斯科國(guó)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(huì)，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(huì)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)。

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日韓：發(fā)力量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域

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日本作為現(xiàn)代科技發(fā)展的重要國(guó)家，對(duì)量子信息技術(shù)也十分關(guān)注，無(wú)論是政府部門還是私營(yíng)企業(yè)，都在量子信息技術(shù)發(fā)展方面超前布局、大力發(fā)展。首先日本政府大力支持鼓勵(lì)。日本郵政省自2000年開始便開發(fā)量子通信技術(shù)，并將該技術(shù)作為國(guó)家級(jí)高技術(shù)研究開發(fā)計(jì)劃之一，10年內(nèi)投資約400億日元，采取產(chǎn)學(xué)官聯(lián)合攻關(guān)的方式向前推進(jìn)。2016年4月21日，日本內(nèi)閣府下屬綜合科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新會(huì)議決定在2018年啟動(dòng)官民研究開發(fā)投資擴(kuò)大計(jì)劃（PRISM），并將包括光量子技術(shù)在內(nèi)的創(chuàng)新型物理空間基礎(chǔ)技術(shù)定為官民的研究開發(fā)投資目標(biāo)領(lǐng)域之一。2016年10月，日本政府科學(xué)技術(shù)廳聯(lián)合日本國(guó)立情報(bào)研究所、日本電報(bào)電話公司，宣布要發(fā)展量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等量子計(jì)算解決方案。2017年11月20日，在日本內(nèi)閣府“量子人工腦”項(xiàng)目的支持推動(dòng)下，由日本相關(guān)科研機(jī)構(gòu)與院所聯(lián)合宣布推出量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（QNN）裝置，并實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，研究人員還成功開發(fā)出一種能夠在云端上體驗(yàn)新型計(jì)算機(jī)QNN的云系統(tǒng)，并于2017年11月27日對(duì)外推出日本首款國(guó)產(chǎn)QNN原型機(jī)。日本電氣公司（NEC）持續(xù)投入進(jìn)行研發(fā)相當(dāng)于“大腦”的基本回路，計(jì)劃在2023年之前投入數(shù)十億日元研發(fā)實(shí)體機(jī)。日本富士通公司計(jì)劃在3年時(shí)間里對(duì)相關(guān)技術(shù)投入500億日元（約合4.5億美元），推動(dòng)量子信息技術(shù)研究。近期，日本國(guó)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(guó)首臺(tái)量子計(jì)算原型機(jī)，成為國(guó)際量子競(jìng)賽活動(dòng)的新成員。從理論上來(lái)說(shuō)，該原型機(jī)的計(jì)算速度是傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)的100倍，而能耗僅為其1/10。

2017年6月，韓國(guó)三大通信公司之一SK電訊在韓國(guó)首次成功研發(fā)了量子中繼器，從而使韓國(guó)成為繼中國(guó)和美國(guó)之后第三個(gè)實(shí)現(xiàn)下一代安全技術(shù)的國(guó)家。在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，2018年3月，韓國(guó)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(cè)量子計(jì)算機(jī)運(yùn)算過(guò)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。

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多國(guó)量子信息技術(shù)發(fā)展方向

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根據(jù)美國(guó)總統(tǒng)特朗普簽署的《國(guó)家量子計(jì)劃法案》，在2019到2023財(cái)年，將授權(quán)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和美國(guó)能源部獲得12.75億美元預(yù)算，用于開展量子信息科技研究。其中，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院負(fù)責(zé)制定量子技術(shù)發(fā)展所需標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)支持人力資源建設(shè)，美國(guó)能源部將成立5個(gè)量子信息科研中心，加速科技成果突破。

除了國(guó)家層面的量子計(jì)劃外，大型科技巨頭也已開始在量子計(jì)算領(lǐng)域發(fā)展布局。據(jù)摩根士丹利報(bào)告顯示，未來(lái)10年量子計(jì)算機(jī)將改變?cè)S多產(chǎn)業(yè)，預(yù)估高端的量子計(jì)算市場(chǎng)到2025年將達(dá)到百億美元規(guī)模，如微軟、IBM、Google等公司近年來(lái)大量投資研發(fā)相關(guān)技術(shù)，希望未來(lái)能夠達(dá)成“量子霸權(quán)”目標(biāo)。

歐洲希望通過(guò)“量子旗艦”計(jì)劃的實(shí)施，繼續(xù)推進(jìn)量子信息技術(shù)的研發(fā)與運(yùn)用，主要舉措包括：一是為量子科技有關(guān)科學(xué)活動(dòng)的增長(zhǎng)提供支撐;二是為量子技術(shù)發(fā)展打造良好的技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)創(chuàng)新的生態(tài)系統(tǒng);三是推動(dòng)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)量子技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)的高效轉(zhuǎn)移;四是聚焦科學(xué)工程商業(yè)及交叉領(lǐng)域，培養(yǎng)新一代量子技術(shù)專家與專業(yè)人才;五是協(xié)調(diào)整個(gè)歐洲在量子技術(shù)上的公共投入和公共政策;六是促進(jìn)目前沒(méi)有強(qiáng)大量子技術(shù)研究計(jì)劃的成員國(guó)加入。但歐盟“量子旗艦”計(jì)劃還面臨一個(gè)現(xiàn)實(shí)難題即英國(guó)脫歐，這對(duì)該計(jì)劃的實(shí)施會(huì)產(chǎn)生重大影響。

英國(guó)是世界上量子信息技術(shù)研究的主要投資國(guó)之一，隨后的投資將進(jìn)一步促進(jìn)這一新興行業(yè)的增長(zhǎng)。在2015年英國(guó)政府發(fā)布的《量子技術(shù)國(guó)家戰(zhàn)略》和《英國(guó)量子技術(shù)路線圖》中，高度強(qiáng)調(diào)未來(lái)量子技術(shù)的重要性，確定了英國(guó)未來(lái)發(fā)展量子信息技術(shù)的5項(xiàng)重點(diǎn)工作：一是打造堅(jiān)實(shí)的量子信息技術(shù)基礎(chǔ);二是推動(dòng)量子信息技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用;三是培養(yǎng)專業(yè)的量子信息技術(shù)人才;四是創(chuàng)造良好的社會(huì)和監(jiān)管環(huán)境;五是鼓勵(lì)和支持國(guó)際合作。

日本在量子計(jì)算領(lǐng)域已由之前的“韜光養(yǎng)晦”開始走向“鋒芒畢露”的策略，研究方向也非常明確，將在當(dāng)下的退火之路上集中發(fā)力、爭(zhēng)取突破。在實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的道路上，日本的產(chǎn)、官、學(xué)三方各司其職、相互促進(jìn)。同時(shí)，日本政府提出以新一代量子通信技術(shù)為研究對(duì)象的長(zhǎng)期戰(zhàn)略，計(jì)劃在2020—2030年建成絕對(duì)安全保密的高速量子通信網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)用上質(zhì)的飛躍。此外，日本國(guó)家信息通信技術(shù)研究院計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)量子中繼，到2040年建成極限容量無(wú)條件安全的廣域光纖與自由空間量子通信網(wǎng)絡(luò)。

2019年1月7日，印度宣布投入5.25億美元（約36億元人民幣），將建立20個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中心，用于研究人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)和量子計(jì)算;12月3日，以色列計(jì)劃6年投資12億謝克爾（約24.3億元人民幣）用于量子計(jì)算研究。此外，在2017年超級(jí)計(jì)算大會(huì)上，加拿大的D-wave公司與日本豐田通商簽署了一項(xiàng)協(xié)議，將共同推進(jìn)量子計(jì)算合作，主要是運(yùn)用量子計(jì)算技術(shù)開展高速優(yōu)化項(xiàng)目，不斷拓展量子計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

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