全球量子技術(shù)政策綜述

■文/袁珩（中國科學(xué)技術(shù)信息研究所）

當(dāng)前，從醫(yī)療衛(wèi)生護理，到銀行和電信，再到國家安全和軍事領(lǐng)域，量子技術(shù)為一系列應(yīng)用開啟了巨大機遇。因此，世界各國已經(jīng)充分意識到量子技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Γ瑢α孔蛹夹g(shù)發(fā)展作出強有力的部署。2021年4月，加拿大高等研究院（CIFAR）發(fā)布《一場量子革命：全球量子技術(shù)政策報告》，梳理了當(dāng)前各國推動量子研發(fā)的戰(zhàn)略規(guī)劃、政策舉措以及重點領(lǐng)域，旨在為各國決策者提供參考。

近一個世紀(jì)以來，科學(xué)家們對量子世界的研究帶來了對現(xiàn)代社會至關(guān)重要的技術(shù)，如激光、磁共振成像、原子鐘以及由此產(chǎn)生的全球定位系統(tǒng)、半導(dǎo)體元器件以及由此產(chǎn)生的計算機。隨著科學(xué)家們控制量子能力的增強，新一輪“量子革命”即將到來，并極有可能誕生顛覆性的新技術(shù)，如黑客無法侵入的安全網(wǎng)絡(luò)或比當(dāng)今超級計算機快數(shù)十億倍的量子計算機。鑒于量子技術(shù)對社會和經(jīng)濟的潛在影響，多國政府和產(chǎn)業(yè)界投入大量資金，支持量子技術(shù)研發(fā)，并力圖開創(chuàng)一個量子新時代。

一、各國推動量子技術(shù)發(fā)展的主要政策類型

在全球范圍內(nèi)，各國對量子技術(shù)研發(fā)的政策部署從廣義上可分為三類（見表1）：第一類是有協(xié)調(diào)一致的國家戰(zhàn)略；第二類是沒有協(xié)調(diào)一致的國家戰(zhàn)略但有政府主導(dǎo)的量子技術(shù)研發(fā)計劃或政府投入大量資金；第三類是通過國際合作伙伴組織參與量子技術(shù)研發(fā)。

表1 各國和地區(qū)推動量子技術(shù)發(fā)展的主要政策類型

一是制定量子技術(shù)國家戰(zhàn)略。截至2021年1月，包括美國、英國、法國、德國、俄羅斯、日本、以色列在內(nèi)的17個國家制定了國家量子技術(shù)倡議或戰(zhàn)略，如美國的《國家量子倡議》，法國的《國家量子技術(shù)戰(zhàn)略》，德國的《量子技術(shù)——從基礎(chǔ)研究到市場》，俄羅斯的《量子技術(shù)路線圖》，日本的《量子技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略》。另外，加拿大、南非、泰國正在制定量子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略。

二是投入大量資金支持量子技術(shù)研發(fā)。截至2021年1月，有12個國家的政府或非盈利基金會投入大量資金支持量子技術(shù)研發(fā)，如澳大利亞、新西蘭、丹麥、意大利、西班牙、瑞士、阿聯(lián)酋等。雖然這些不是協(xié)調(diào)一致、十分系統(tǒng)的國家戰(zhàn)略，但依然是國家層面的重大部署。

三是參與國際合作伙伴組織的量子技術(shù)研發(fā)。當(dāng)前，歐盟設(shè)立了總額高達10億歐元的量子旗艦計劃（EU Quantum Flagship），這是當(dāng)前世界最大的量子技術(shù)研發(fā)計劃，匯集了來自歐盟內(nèi)外32個國家的政府、學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的利益相關(guān)方，實施了一系列量子技術(shù)研發(fā)項目，如QuantERA（由27個國家的研究資助機構(gòu)組成的聯(lián)合體，旨在識別并資助杰出并具有潛力的研究想法或概念）和OpenQKD（由13個國家的產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)和國立研究機構(gòu)組成的聯(lián)合體，致力于研發(fā)量子密鑰分發(fā)技術(shù)）。

二、各國推動量子技術(shù)發(fā)展的主要政策目標(biāo)

各國支持其量子技術(shù)發(fā)展主要包含以下政策目標(biāo)。

一是召集多個利益相關(guān)方構(gòu)建量子技術(shù)研究網(wǎng)絡(luò)。多國政府高度重視構(gòu)建卓越研究中心或創(chuàng)新中心，旨在匯聚研究機構(gòu)、政府和產(chǎn)業(yè)界等各方力量合作推動研究，識別應(yīng)用領(lǐng)域，并支持創(chuàng)建初創(chuàng)企業(yè)。許多國家政府還支持產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界組建聯(lián)合體，牽頭發(fā)起大型戰(zhàn)略性量子技術(shù)研發(fā)項目。

二是推動量子技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用轉(zhuǎn)化和商業(yè)化。各國高度重視通過提供資金和資源，構(gòu)建有利于量子技術(shù)研發(fā)的國內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)，以在全球量子經(jīng)濟中占據(jù)一席之地。主要措施包括：構(gòu)建技術(shù)驗證基礎(chǔ)設(shè)施、支持初創(chuàng)企業(yè)發(fā)展、優(yōu)化量子技術(shù)組件供應(yīng)鏈（如用于量子互聯(lián)網(wǎng)的光纖和衛(wèi)星、用于量子計算機的芯片等）。

三是發(fā)展人力資本。各國政策高度重視培養(yǎng)量子技術(shù)研究人才以及能夠支撐未來量子經(jīng)濟發(fā)展的熟練技能人才。

三、各國推動量子技術(shù)發(fā)展的主要政策舉措

為支持本國量子技術(shù)研發(fā)，大多數(shù)國家都部署了類似的政策舉措。

一是成立量子技術(shù)卓越中心、應(yīng)用研發(fā)中心或創(chuàng)新中心。例如，澳大利亞的量子計算與量子技術(shù)卓越中心、加拿大的量子計算研究所、荷蘭的量子技術(shù)與量子軟件研究中心、新加坡的量子技術(shù)中心、英國的國家量子技術(shù)中心網(wǎng)絡(luò)、美國國家科學(xué)基金會資助的量子飛躍挑戰(zhàn)研究所和能源部資助的量子信息科學(xué)研究中心等。這些中心在聯(lián)合高校、科研機構(gòu)、國家實驗室開展基礎(chǔ)研究，與產(chǎn)業(yè)界合作進行技術(shù)開發(fā)和商業(yè)化，培養(yǎng)量子技術(shù)專業(yè)研究人才和熟練技能人才等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

二是發(fā)起量子技術(shù)研發(fā)提案征集、競賽或“挑戰(zhàn)賽”。例如，QuantERA自2017年以來在其成員國中開展了兩次項目提案征集，呼吁成員國組成國際研發(fā)團隊，推進量子技術(shù)研發(fā)。加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會和英國科研與創(chuàng)新署于2020年聯(lián)合兩國產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界組建聯(lián)盟，開展量子技術(shù)研發(fā)。

三是提供專項資金，支持具有國家戰(zhàn)略意義的量子技術(shù)研發(fā)項目，加速關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。例如，日本政府支持由產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)和國立研究機構(gòu)組建聯(lián)盟共同實施一系列重要量子技術(shù)研發(fā)項目，包括開發(fā)高速和高精度的量子退火計算機、開發(fā)基于光子技術(shù)的量子安全云、到2030年開發(fā)出100量子比特的實用型量子計算機。

四是支持本國量子技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)。許多國家的量子技術(shù)研究中心和創(chuàng)新中心都在為其衍生企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)提供支持，包括共享基礎(chǔ)設(shè)施、創(chuàng)設(shè)孵化器或加速器、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、提供法律或營銷服務(wù)等。日本、法國的國家量子戰(zhàn)略提出設(shè)立投資基金，從政府控制的金融實體及私營部門募集資金，為初創(chuàng)企業(yè)提供經(jīng)費支持。英國、加拿大、澳大利亞和芬蘭等國政府通過直接資助或本國開發(fā)銀行，對量子技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)進行戰(zhàn)略投資（見表2）。

表2 四類量子技術(shù)政策措施在各國和地區(qū)的應(yīng)用情況

四、各國推動量子技術(shù)發(fā)展的重點領(lǐng)域

許多國家的量子政策都提出將同步支持量子傳感、量子通信和量子計算這三大主要量子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。同時，不少國家也強調(diào)要開發(fā)更穩(wěn)定、更可控的新型量子材料。

一是量子傳感與計量。利用量子系統(tǒng)的疊加和糾纏特性以及對外部環(huán)境的異常敏感性，可將量子系統(tǒng)制成新型傳感器，以進行高度靈敏和精確的測量。對此，多國制定了量子傳感技術(shù)發(fā)展計劃。例如，加拿大國家研究委員會制定量子傳感器挑戰(zhàn)計劃，為學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和非營利合作伙伴提供資金，開發(fā)量子傳感在環(huán)境、醫(yī)療和國防領(lǐng)域的應(yīng)用。英國國家量子技術(shù)計劃下設(shè)量子傳感與計時技術(shù)中心，匯集大學(xué)研究人員、國家物理實驗室和產(chǎn)業(yè)界的利益相關(guān)方，共同開展相關(guān)研究。

二是量子計算。在多種多樣的量子技術(shù)中，量子計算機最受關(guān)注。量子計算機基于量子比特運行，由于量子可疊加和糾纏，這使得量子計算機的速度比傳統(tǒng)計算機快很多。目前，各國探索的主要方向包括：硅基量子計算機、光量子計算機、超導(dǎo)體量子計算機等。從中期發(fā)展目標(biāo)（到2030年）來看，英國、瑞典、日本等國希望能夠創(chuàng)建出本國的基于邏輯門的有噪聲中型量子計算機。同時，多國政府正在資助研究人員與行業(yè)用戶合作探索量子計算應(yīng)用場景，以為量子計算機應(yīng)用創(chuàng)造市場。目前，各國正在考慮的量子計算機關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域包括：對化學(xué)品、材料和制藥行業(yè)至關(guān)重要的分子模擬；金融、物流和能源部門的建模；人工智能和機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的應(yīng)用。

三是量子通信。量子計算的進步將對信息通信和網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)生重大影響。其中，量子衛(wèi)星、量子密鑰分發(fā)和量子加密技術(shù)是目前最受關(guān)注的技術(shù)方向。例如，韓國等國發(fā)起了關(guān)于部署國家量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的大型項目。歐盟在“地平線2020”研發(fā)框架計劃中啟動了OpenQKD項目，聯(lián)合歐洲多國共建歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施。

四是新型量子材料。超導(dǎo)體、拓?fù)洳牧弦约肮?、鉆石等相對較為“傳統(tǒng)”的材料，具有導(dǎo)電性或磁性，適合用于量子傳感器以及量子計算和量子通信系統(tǒng)的其他元器件。因此，開發(fā)更穩(wěn)定、更可控的新型量子材料也是多國的關(guān)注領(lǐng)域。例如，美國國家科學(xué)基金會于2019年成立首個量子設(shè)備制造工廠，旨在開發(fā)新材料，并與產(chǎn)業(yè)界合作推動量子技術(shù)轉(zhuǎn)化。荷蘭在其《國家量子技術(shù)議程》框架下設(shè)立量子材料和技術(shù)創(chuàng)新中心。

五、量子技術(shù)可能引發(fā)的社會和倫理問題