近年來(lái)世界各國(guó)在量子科技領(lǐng)域的舉措及對(duì)我國(guó)的啟示

曾志毅

摘 要：“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。為了打贏這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)，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(chǎng)環(huán)境的同時(shí)，發(fā)揮體制優(yōu)勢(shì)，凝聚優(yōu)勢(shì)力量，使我國(guó)在量子科研的競(jìng)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(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)進(jìn)入關(guān)鍵階段。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。

一、各國(guó)在量子科技領(lǐng)域的舉措和進(jìn)展

（一）美國(guó)：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(guó)量子科技的發(fā)展中扮演重要的角色。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(kāi)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(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”。

（二）歐洲：?jiǎn)?dòng)量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目

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颍诹孔涌萍佳芯可厦媾R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、傳感和模擬這四個(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(kāi)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)。5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(kāi)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)。

（三）日韓：量子計(jì)算機(jī)

我國(guó)的近鄰日本和韓國(guó)在量子計(jì)算機(jī)的研究上也是不甘落后。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)成為了繼中國(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。

二、相關(guān)舉措對(duì)我國(guó)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(chǎng)環(huán)境

我國(guó)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(shí)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(guó)在量子科研方面的領(lǐng)先地位。

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

近年來(lái)國(guó)內(nèi)出現(xiàn)“量子熱”，多個(gè)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(gè)學(xué)者或一個(gè)團(tuán)隊(duì)層面的競(jìng)爭(zhēng)，而是成了國(guó)家綜合實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)。建議我國(guó)發(fā)揮“集中力量辦大事”的體制優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新運(yùn)行機(jī)制，盡快落地籌劃建設(shè)的量子信息國(guó)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(guó)量子科技產(chǎn)業(yè)化還處在非常初級(jí)的階段，市場(chǎng)化機(jī)制還沒(méi)形成，目前量子科技的發(fā)展還是靠國(guó)家政策推動(dòng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不夠充分。建議政府制定相關(guān)政策鼓勵(lì)更多類型的企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)，將我國(guó)的量子科技市場(chǎng)做大做強(qiáng)。

三、結(jié)語(yǔ)

知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的影響越發(fā)突出。與此同時(shí)，在高科技發(fā)展的過(guò)程中，國(guó)家政策的推動(dòng)作用也越發(fā)凸顯。不過(guò)，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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