各國量子競爭

以美國為首的世界各國在量子科技領域投入大量資金和資源。

“第二次量子革命”的競爭已經(jīng)進入關鍵階段。世界各國紛紛提出量子戰(zhàn)略或者量子項目以促進量子科研的發(fā)展。谷歌等企業(yè)也在量子計算機上取得重要進展。為了贏得這場誰都輸不起的競爭，贏得“量子霸權”，以美國為首的世界各國在量子科技領域投入大量資金和資源。

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美國：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量子科技的發(fā)展中扮演重要角色。上世紀末，美國政府就將量子科技列為“保持國家競爭力”計劃的重點支持課題之一。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“五年計劃”中，將“量子信息與控制技術”列為未來重點關注的六大顛覆性基礎研究領域之一。2018年6月，美國白宮正式啟動小組委員會，以指導聯(lián)邦政府在量子科技領域發(fā)揮應有的作用，并協(xié)調公共和私營部門對量子技術的研究。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驗室，投入大量資金到量子技術研究項目。2018年12月，美國國會正式通過了國家量子計劃法案，這個法案提出美國要制定一個為期10年的“國家量子計劃”，以加快美國在量子計算領域的發(fā)展。為此，美國將成立“國家量子協(xié)調辦公室”協(xié)調相關政策，并授權能源部等各部門投入約13億美元進行量子研究。

在政府和軍隊的支持下，美國的大學、企業(yè)聯(lián)合開展了多項有關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，美國芝加哥的一批科學家宣布正在搭建史上第一個量子互聯(lián)網(wǎng)的雛形。在量子計算機領域，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線中實現(xiàn)了“半電子”狀態(tài)，稱將對該公司的量子計算機的研發(fā)起到關鍵作用。2019年年初，IBM 公司向世人展示了目前全球唯一一臺脫離實驗室環(huán)境運行的量子計算機“IBM Q System One”。

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歐洲：啟動量子技術旗艦項目

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早在20世紀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支持。不過，盡管歐洲在量子通信領域起步較早，成果也比較多，但是因為碎片化等原因，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）》，計劃于2018年啟動資金量為10億歐元的量子技術旗艦項目，希望借此促進量子技術在歐盟的發(fā)展。量子技術旗艦項目將主攻通信、計算、傳感和模擬這4個方面的量子技術。在該項目啟動之后，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”的量子研究計劃。不過，歐盟的量子科技研究計劃面臨兩大困難。一是歐盟之前啟動的石墨烯旗艦計劃和人類大腦計劃效果不理想，一直證明不了它的價值，導致各成員國和企業(yè)對量子技術旗艦項目信心不足。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面影響。

作為歐洲量子科技研究領域的領先者。英國政府很早就圈定了一批有潛力推動經(jīng)濟發(fā)展、值得深耕的“未來技術”，量子科技就是其一。早在2013年的政府秋季預算報告里，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項目的第一個“5年計劃”。項目包含4個研究中心，分別由牛津大學、伯明翰大學、約克大學、格拉斯哥大學主持。2016年，英國政府科學辦公室發(fā)布量子技術報告《量子時代：技術機會》，提出重視量子應用五大領域，促進量子領域競爭。五大領域分別是原子鐘、量子成像、量子傳感和測量、量子計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。英國國家量子技術項目明確指出，要建立一個“政府、學界、產(chǎn)業(yè)界的量子技術共同體”。目前，牛津大學領導的量子信息技術中心就與將近30家企業(yè)建立了合作關系。

作為歐洲的另外一個大國，俄羅斯科學界也在政府的支持下積極開展量子科技項目。2011年，俄羅斯國家研究型工藝技術大學創(chuàng)建了一個“超導超材料”實驗室，該實驗室研究聚焦于光與物質的相互作用。2016年，俄羅斯國家研究型工藝技術大學與俄羅斯量子中心宣布啟動大型量子技術中心。2018年，俄羅斯國家研究型技術大學莫斯科國立鋼鐵合金學院、俄羅斯量子中心的學者們與莫斯科物理技術學院、俄羅斯“斯科爾科沃”基金會，還有英德高校的研究者們一起，在致密超導納米纖維上制造出了全新的量子比特，為生產(chǎn)量子計算機奠定基礎。俄羅斯先期研究基金會副主任謝爾蓋·加爾布克表示，俄或將于2021年秋季研制出多量子比特量子計算機。

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日韓：發(fā)力量子計算機領域

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日本作為現(xiàn)代科技發(fā)展的重要國家，對量子信息技術也十分關注，無論是政府部門還是私營企業(yè)，都在量子信息技術發(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。日本郵政省自2000年開始便開發(fā)量子通信技術，并將該技術作為國家級高技術研究開發(fā)計劃之一，10年內投資約400億日元，采取產(chǎn)學官聯(lián)合攻關的方式向前推進。2016年4月21日，日本內閣府下屬綜合科學技術創(chuàng)新會議決定在2018年啟動官民研究開發(fā)投資擴大計劃（PRISM），并將包括光量子技術在內的創(chuàng)新型物理空間基礎技術定為官民的研究開發(fā)投資目標領域之一。2016年10月，日本政府科學技術廳聯(lián)合日本國立情報研究所、日本電報電話公司，宣布要發(fā)展量子神經(jīng)網(wǎng)絡等量子計算解決方案。2017年11月20日，在日本內閣府“量子人工腦”項目的支持推動下，由日本相關科研機構與院所聯(lián)合宣布推出量子神經(jīng)網(wǎng)絡（QNN）裝置，并實現(xiàn)了長時間穩(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新型計算機QNN的云系統(tǒng)，并于2017年11月27日對外推出日本首款國產(chǎn)QNN原型機。日本電氣公司（NEC）持續(xù)投入進行研發(fā)相當于“大腦”的基本回路，計劃在2023年之前投入數(shù)十億日元研發(fā)實體機。日本富士通公司計劃在3年時間里對相關技術投入500億日元（約合4.5億美元），推動量子信息技術研究。近期，日本國立情報學研究所、電信巨頭NTT公司以及東京大學攜手研制了該國首臺量子計算原型機，成為國際量子競賽活動的新成員。從理論上來說，該原型機的計算速度是傳統(tǒng)超級計算機的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，從而使韓國成為繼中國和美國之后第三個實現(xiàn)下一代安全技術的國家。在量子計算機領域，2018年3月，韓國科學技術研究院發(fā)布消息稱，該院量子計算機研究組與浦項工大研究組共同研究出能夠有效檢測量子計算機運算過程的新方法，研究成果將為研發(fā)量子計算機提供幫助。

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多國量子信息技術發(fā)展方向

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根據(jù)美國總統(tǒng)特朗普簽署的《國家量子計劃法案》，在2019到2023財年，將授權美國國家標準與技術研究院、美國國家科學基金會和美國能源部獲得12.75億美元預算，用于開展量子信息科技研究。其中，美國國家標準與技術研究院負責制定量子技術發(fā)展所需標準，美國國家科學基金會支持人力資源建設，美國能源部將成立5個量子信息科研中心，加速科技成果突破。

除了國家層面的量子計劃外，大型科技巨頭也已開始在量子計算領域發(fā)展布局。據(jù)摩根士丹利報告顯示，未來10年量子計算機將改變許多產(chǎn)業(yè)，預估高端的量子計算市場到2025年將達到百億美元規(guī)模，如微軟、IBM、Google等公司近年來大量投資研發(fā)相關技術，希望未來能夠達成“量子霸權”目標。

歐洲希望通過“量子旗艦”計劃的實施，繼續(xù)推進量子信息技術的研發(fā)與運用，主要舉措包括：一是為量子科技有關科學活動的增長提供支撐;二是為量子技術發(fā)展打造良好的技術創(chuàng)新與商業(yè)創(chuàng)新的生態(tài)系統(tǒng);三是推動學術界和產(chǎn)業(yè)界的協(xié)同合作，實現(xiàn)量子技術從實驗室到產(chǎn)業(yè)的高效轉移;四是聚焦科學工程商業(yè)及交叉領域，培養(yǎng)新一代量子技術專家與專業(yè)人才;五是協(xié)調整個歐洲在量子技術上的公共投入和公共政策;六是促進目前沒有強大量子技術研究計劃的成員國加入。但歐盟“量子旗艦”計劃還面臨一個現(xiàn)實難題即英國脫歐，這對該計劃的實施會產(chǎn)生重大影響。

英國是世界上量子信息技術研究的主要投資國之一，隨后的投資將進一步促進這一新興行業(yè)的增長。在2015年英國政府發(fā)布的《量子技術國家戰(zhàn)略》和《英國量子技術路線圖》中，高度強調未來量子技術的重要性，確定了英國未來發(fā)展量子信息技術的5項重點工作：一是打造堅實的量子信息技術基礎;二是推動量子信息技術的轉化應用;三是培養(yǎng)專業(yè)的量子信息技術人才;四是創(chuàng)造良好的社會和監(jiān)管環(huán)境;五是鼓勵和支持國際合作。

日本在量子計算領域已由之前的“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，將在當下的退火之路上集中發(fā)力、爭取突破。在實現(xiàn)量子計算的道路上，日本的產(chǎn)、官、學三方各司其職、相互促進。同時，日本政府提出以新一代量子通信技術為研究對象的長期戰(zhàn)略，計劃在2020—2030年建成絕對安全保密的高速量子通信網(wǎng)，從而實現(xiàn)通信技術應用上質的飛躍。此外，日本國家信息通信技術研究院計劃在2020年實現(xiàn)量子中繼，到2040年建成極限容量無條件安全的廣域光纖與自由空間量子通信網(wǎng)絡。

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個物理網(wǎng)絡中心，用于研究人工智能、機器學習、物聯(lián)網(wǎng)和量子計算;12月3日，以色列計劃6年投資12億謝克爾（約24.3億元人民幣）用于量子計算研究。此外，在2017年超級計算大會上，加拿大的D-wave公司與日本豐田通商簽署了一項協(xié)議，將共同推進量子計算合作，主要是運用量子計算技術開展高速優(yōu)化項目，不斷拓展量子計算技術的應用領域。

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◎ 來源|綜合青年與社會、軍事文摘