不斷升級(jí)的量子競(jìng)賽

中美博弈新高地

作為當(dāng)今世界科技競(jìng)爭(zhēng)的最前沿領(lǐng)域，量子科技如今已成為中美科技博弈的新高地。

作為全球量子科技先行者，美國(guó)早在2002年就制定了《量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，并成立了國(guó)家量子信息科學(xué)實(shí)驗(yàn)室。此后，美國(guó)持續(xù)發(fā)布相關(guān)戰(zhàn)略和政策文件，力圖在量子信息技術(shù)領(lǐng)域構(gòu)建一個(gè)涵蓋政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)團(tuán)體、社區(qū)及私營(yíng)部門的全方位創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。

如今，美國(guó)已設(shè)立國(guó)家量子協(xié)調(diào)辦公室（NQCO）、國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)量子信息科學(xué)小組委員會(huì)（SCQIS）、國(guó)家量子倡議咨詢委員會(huì)（NQIAC）三個(gè)聯(lián)邦協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，并以成文法的形式促進(jìn)機(jī)構(gòu)間的規(guī)劃和合作，充當(dāng)起國(guó)家量子倡議管理者的角色。

2018年，美國(guó)眾議院科學(xué)、太空和技術(shù)委員會(huì)通過了“國(guó)家量子計(jì)劃法案”，宣布將在2019年-2023年投資13億美元，進(jìn)行國(guó)家級(jí)的量子技術(shù)研究。

2023年5月，美國(guó)政府發(fā)布了《關(guān)鍵和新興技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略》，將量子技術(shù)列入其中。2024年12月，美國(guó)參議院修訂并發(fā)布了《國(guó)家量子倡議重新授權(quán)法案》，加大對(duì)量子技術(shù)發(fā)展的支持力度。

即便如此，在量子科技研發(fā)投人方面，美國(guó)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于中國(guó)。據(jù)全球咨詢業(yè)巨頭麥肯錫公司2022年的一份報(bào)告顯示，對(duì)量子技術(shù)的公共資金投人，美國(guó)政府投資為19億美元，中國(guó)則高達(dá)153億美元。

“在市場(chǎng)化的量子技術(shù)上，中國(guó)表現(xiàn)出色；但在高影響力的量子技術(shù)方面，美國(guó)仍占據(jù)主導(dǎo)地位?！比A盛頓智庫信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì)（ITIF）認(rèn)為，中美在量子技術(shù)三大領(lǐng)域的發(fā)展“各有所長(zhǎng)”。在量子通信領(lǐng)域，中國(guó)領(lǐng)先全球；在量子計(jì)算方面，中國(guó)落后于美國(guó)；在量子傳感方面，中美旗鼓相當(dāng)。

事實(shí)也確實(shí)如此。在量子通信方面，2016年我國(guó)成功發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星對(duì)地面站的高速量子密鑰分發(fā)。2022年，發(fā)射了第二顆量子衛(wèi)星“濟(jì)南一號(hào)”，性能顯著提升。

中國(guó)還在2017年建成了量子保密通信“京滬干線”，線路總長(zhǎng)超2000公里，是目前世界上最遠(yuǎn)距離的基于可信中繼方案的量子安全密鑰分發(fā)干線。截至2024年8月，中國(guó)在量子加密通信領(lǐng)域的公開專利數(shù)量為5544件，遠(yuǎn)超美國(guó)的806件。

在量子計(jì)算方面，美國(guó)在硬件開發(fā)和算法復(fù)雜性上都領(lǐng)先于中國(guó)。谷歌、IBM等美國(guó)企業(yè)開發(fā)的量子計(jì)算機(jī)擁有上千個(gè)量子比特，而中國(guó)正在縮小這一差距。

去年12月，美國(guó)科技巨頭谷歌宣布：最新研發(fā)的量子晶片Willow可在5分鐘內(nèi)完成傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)需耗時(shí)10的25次方年的計(jì)算。

對(duì)此，有業(yè)內(nèi)人士指出，這一成果的最大亮點(diǎn)在于一項(xiàng)更為關(guān)鍵的技術(shù)突破——量子糾錯(cuò)技術(shù)的重大進(jìn)展。量子糾錯(cuò)是確保量子計(jì)算穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，能檢測(cè)并修正計(jì)算過程中的錯(cuò)誤，提高計(jì)算的可靠和準(zhǔn)確性。降低錯(cuò)誤率是從實(shí)驗(yàn)級(jí)設(shè)備邁向通用量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵。

“美國(guó)和中國(guó)都將量子計(jì)算提升為科技競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)新競(jìng)技場(chǎng)。這類似于冷戰(zhàn)時(shí)期對(duì)核能力的爭(zhēng)奪”，德國(guó)智庫墨卡托中國(guó)研究所（MercatorInstitute forChinaStudies）在一份報(bào)告中寫道，盡管最終產(chǎn)物不是炸彈而是計(jì)算機(jī)，但率先開發(fā)出量子計(jì)算技術(shù)的一方將在密碼學(xué)、通信和信息處理等軍事領(lǐng)域擁有顯著優(yōu)勢(shì)。

值得一提的是，近年來美國(guó)采取了一系列措施，包括技術(shù)出口管制、高端人才流動(dòng)限制以及施壓盟友減少與中國(guó)合作等，來遏制我國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展，。

2023年8月，美國(guó)時(shí)任總統(tǒng)拜登簽署《關(guān)于解決美國(guó)在特定國(guó)家對(duì)某些國(guó)家安全技術(shù)和產(chǎn)品的投資問題的行政命令》，嚴(yán)禁美國(guó)企業(yè)投資中國(guó)半導(dǎo)體、量子技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域。

左圖：作為量子科技先行者，美國(guó)在量子計(jì)算的硬件開發(fā)和算法復(fù)雜性上始終領(lǐng)先全球

右圖：作為全球量子科技競(jìng)爭(zhēng)的重要一極，歐盟計(jì)劃在10年內(nèi)投資10億歐元，持續(xù)推進(jìn)“量子技術(shù)旗艦計(jì)劃”

2024年10月28日，美國(guó)政府以美在華投資可能“威脅國(guó)家安全”為名，發(fā)布了主要針對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體、量子技術(shù)、人工智能的投資禁令，并于今年1月2日生效。

今年3月26日，美國(guó)商務(wù)部工業(yè)與安全局宣布將54家中國(guó)實(shí)體（含香港、臺(tái)灣地區(qū)）列人“實(shí)體清單”，涉及人工智能、超級(jí)計(jì)算機(jī)、量子技術(shù)等前沿領(lǐng)域。

“量子計(jì)算因巨大的戰(zhàn)略價(jià)值和國(guó)家實(shí)力提升潛力，自然成為兩國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的核心焦點(diǎn)”，有專家表示，這種競(jìng)爭(zhēng)在一定程度上能推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，類似于歷史上的太空和衛(wèi)星競(jìng)賽，對(duì)全球科技創(chuàng)新具有積極意義。

專家還進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，量子技術(shù)領(lǐng)域的突破還面臨諸多技術(shù)瓶頸和挑戰(zhàn)，需要全球范圍內(nèi)的合作與協(xié)同創(chuàng)新。這也是未來量子科技發(fā)展的關(guān)鍵。

群雄逐鹿新戰(zhàn)場(chǎng)

放眼國(guó)際，越來越多的國(guó)家和地區(qū)正將量子科技納入國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，試圖在這場(chǎng)科技競(jìng)逐中占據(jù)領(lǐng)先地位。

早在2018年，歐盟在美國(guó)通過《國(guó)家量子計(jì)劃法案》后不久，就正式啟動(dòng)了“量子技術(shù)旗艦計(jì)劃”，充分展現(xiàn)了其布局量子科技的雄心——計(jì)劃在10年內(nèi)投資10億歐元，全面推動(dòng)量子技術(shù)的研究與創(chuàng)新。

2024年10月，歐盟宣布：45個(gè)研究所和中小企業(yè)獲得歐洲創(chuàng)新委員會(huì)（EIC）Pathfinder公開征集項(xiàng)目的資金支持，總投資額達(dá)1.38億歐元。其中5個(gè)量子技術(shù)項(xiàng)目脫穎而出，分別獲得約300萬歐元資金支持以及EIC商業(yè)加速服務(wù)定制輔導(dǎo)。

10月28日，歐洲創(chuàng)新委員會(huì)將量子技術(shù)認(rèn)定為拉動(dòng)對(duì)社會(huì)和開放戰(zhàn)略自主權(quán)至關(guān)重要的高風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)，提出為量子技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域提供投資支持，重點(diǎn)關(guān)注量子技術(shù)等初創(chuàng)企業(yè)進(jìn)人市場(chǎng)。

在“量子技術(shù)旗艦計(jì)劃”持續(xù)推進(jìn)中，德國(guó)、西班牙、芬蘭等成員國(guó)積極響應(yīng)。其中，德國(guó)實(shí)施名為“QUTEGA”的量子研究計(jì)劃，打算10年投資3億歐元，發(fā)展量子科技。

今年4月24日，西班牙政府正式發(fā)布首個(gè)《2025-2030年西班牙量子技術(shù)戰(zhàn)略》，計(jì)劃投入8.08億歐元，旨在強(qiáng)化本國(guó)量子生態(tài)，并推動(dòng)社會(huì)適應(yīng)這些技術(shù)帶來的變革。芬蘭政府也于同日宣布啟動(dòng)一項(xiàng)新的國(guó)家量子技術(shù)戰(zhàn)略，將量子技術(shù)定位為未來經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和可持續(xù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。

其他歐盟成員國(guó)也各有側(cè)重地布局量子信息。法國(guó)等8個(gè)國(guó)家已出臺(tái)了量子信息相關(guān)戰(zhàn)略；14個(gè)其他歐盟國(guó)家則通過國(guó)際合作發(fā)展量子信息產(chǎn)業(yè)。

左圖：截至2024年8月，中國(guó)在量子加密通信領(lǐng)域的公開專利數(shù)量為5544件，遠(yuǎn)超美國(guó)的806件

右圖：德國(guó)正在推進(jìn)名為“QUTEGA”的量子研究計(jì)劃，打算10年投資3億歐元，來搶奪量子科技競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

左圖：加拿大于2023年3月發(fā)布了《國(guó)家量子戰(zhàn)略》，大力支持本國(guó)的量子研發(fā)機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步鞏固行業(yè)領(lǐng)先地位

右圖：日本于2024年2月啟動(dòng)了“登月計(jì)劃6”，力爭(zhēng)到2050年開發(fā)出容錯(cuò)的通用量子計(jì)算機(jī)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近10年來已有30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)在量子信息領(lǐng)域進(jìn)行了戰(zhàn)略布局。美國(guó)、芬蘭、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)的量子科技產(chǎn)業(yè)投資規(guī)模均超過了10億美元。

綜合來看，歐盟各國(guó)雖然量子信息產(chǎn)業(yè)高度分散、相互脫節(jié)，尚未形成合力，但已成為全球量子科技競(jìng)爭(zhēng)格局中的重要一極。這得益于其所有成員國(guó)的數(shù)據(jù)疊加。也正因?yàn)槿绱?，由于多?guó)協(xié)調(diào)成本過高，導(dǎo)致歐盟尚未探索出高效的量子合作機(jī)制，單一國(guó)家尚未能成為量子領(lǐng)域領(lǐng)跑者。

日本同樣不甘落后。

2020年，日本啟動(dòng)了極具前瞻性的“量子飛躍”計(jì)劃，預(yù)計(jì)在10年內(nèi)投入3000億日元，重點(diǎn)對(duì)量子退火與材料研發(fā)領(lǐng)域給予支持，力求推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)取得突破性進(jìn)展。

2022年，日本公布了《量子未來社會(huì)愿景》，提議建立量子技術(shù)國(guó)際合作中心，推動(dòng)量子技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的深度融合。

2024年2月，日本啟動(dòng)了“登月計(jì)劃6”，目標(biāo)是到2050年開發(fā)出容錯(cuò)的通用量子計(jì)算機(jī)。

加拿大在全球量子信息研究領(lǐng)域也占據(jù)一席之地。數(shù)據(jù)顯示，加拿大在量子科學(xué)領(lǐng)域的年度總支出一度排名全球第五。2023年3月，加拿大發(fā)布了《國(guó)家量子戰(zhàn)略》，旨在支持本國(guó)的量子部門，從而進(jìn)一步鞏固在量子領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近10年來，已有30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)開展了以量子計(jì)算為重點(diǎn)的量子信息領(lǐng)域戰(zhàn)略規(guī)劃布局。美國(guó)、芬蘭、德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)的量子科技產(chǎn)業(yè)規(guī)劃投資規(guī)模均超過10億美元。其中，美國(guó)近5年的實(shí)際投資規(guī)模已超過40億美元。

總體來看，越來越多的國(guó)家和地區(qū)已將發(fā)展量子信息上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，通過一系列重要戰(zhàn)略規(guī)劃和研發(fā)項(xiàng)目搶奪“量子優(yōu)勢(shì)”。由量子科技引發(fā)的全球新一輪競(jìng)賽與博弈已然拉開帷幕。