我國量子信息技術發展存在的問題與對策研究

李剛

【摘要】? ? 量子信息技術是量子力學與信息科學融合的新興交叉學科， 它的誕生標志著人類社會將從經典技術邁進到量子技術的新時代， 量子信息技術突破了經典技術的物理極限， 也開拓了信息技術發展的新方向.本文闡述了各國量子信息技術的發展現狀，分析我國量子信息技術發展存在的問題并提出了對策建議。

【關鍵詞】? ? 量子信息? ? 量子計算? ? 發展建議

引言：

20 世紀80 年代， 科學家們將量子力學投射到信息領域， 量子信息技術應運而生。量子信息技術成為信息技術與量子物理相結合的戰略性前沿科技，是用量子態來進行編碼，后經過傳輸和處理，最后存儲的一類前沿理論技術總稱。量子的多維度、不可分割以及不可復制的特點使得它突破了現有信息技術在物理和運算速度上的極限，并且在實現通信安全、加密/解密、金融計算等方面具有廣闊的應用前景和發展潛力。量子信息技術正成為現在以及未來科技創新的聚焦點，一旦量子技術得到廣泛的實踐應用，人類社會正在步入“量子信息技術”時代。

一、世界主要國家在量子信息技術方面的發展概覽

近年來，量子信息技術背后所蘊藏的的巨大潛力逐漸突顯，它在其所屬的細分領域也有了重大進展，主要國家在該領域的競爭也慢慢走向白熱化，部分國家還將量子信息技術提升到了國家戰略的高度，并制定了量子信息技術發展“戰略規劃”。

各國以及科技引領企業都在加大力度研究量子信息技術以及應用架構，競爭態勢愈發明顯。

1.1美國量子信息技術概覽

近幾年來，美國每年投入2億美元來支持量子信息各領域的發展，還頒布了《量子信息科學國家戰略概述》，目標是繼續保持并且繼續擴大本國在量子信息技術領域的影響力，2019年9月，谷歌宣布完成“量子霸權”，2.5分鐘內完成的計算量相當于超級計算機1000年的計算量，這是量子計算領域的一個重要的里程碑。

美國白宮總統科學技術顧問委員會專門成立了涉及量子信息科學的跨機構工作小組，專門進行量子信息科學基礎研究、涉及基礎設施、專業技術人才和知識產權一系列問題，并且將量子信息技術產業化。同時，美國還將量子計算列入出口管制框架。

1.2歐洲量子信息技術概覽

歐洲聯盟運行“量子旗艦”項目，涉及規模10億歐元，重點支持量子信息技術在計算，模擬，通信和傳感等領域的中長期發展，以期實現原子量子時鐘、城際量子網絡、量子模擬器、量子傳感器、通用量子計算機等重大技術的突破與應用。

《量子科學：混合戰中的顛覆性創新》文章也深度剖析了量子技術在未來的混合戰中可能發揮的重要作用。英國宣布創立量子技術樞紐網絡來推動新的、具有商業可行性的量子技術，該網絡價值1.2億英鎊，包括17所大學、132家公司，同時英國還發布《量子時代：技術機遇》報告，進一步確定將推動原子鐘、量子成像、量子傳感和測量、量子計算和模擬以及量子通信領域的研發與商業化。

1.3其他國家

2017年日本推出的量子神經網絡裝置（QNN）實現了長時間且穩定工作，日本還對外推出了首款國產QNN原型機，日本電器公司計劃在2023年之前投入數十億日元研發實體機。

2019年1月，德國尤利希研究中心將3600萬歐元投資用在有關量子計算和神經形態的研究上;2月，韓國宣布在量子計算研究上投資445億韓元;同月澳大利亞研究委員會的量子計算和通信技術卓越中心將3370萬澳元的資助投入到量子計算機的開發上。

同年4月，滑鐵盧量子谷創意實驗室獲得了加拿大政府提供的4100萬加元的撥款[1]。

二、中國在量子信息技術方面的發展狀況

2.1中國量子信息技術發展基本情況

中國在量子信息技術研究領域屬于較早進入的國家，多年來在各個方面都有進展，尤其量子通信和量子調控方面。目前中國在量子密鑰分發的實用化部分已位居世界前列，論文產出上躋身第一，研發投入額與專利申請量方面也位居第二。

2015 年10 月，量子加密通信產品的發布標志著全球互聯網邁入了量子時代;2016年，國家重點研發計劃“量子調控與量子信息”重點專項設立，量子信息科學國家實驗室也開始籌建。

同年8月，世界首顆“量子科學實驗衛星”的順利發射第一次實現了衛星與地面之間的量子通信，搭建了“天地一體化”的量子保密通信及科學實驗框架。

2016 年底，量子保密通信京滬干線初步全線貫通，該線總長約2000公里、連接北京上海等多個城市，是世界第一條量子通信保密干線。所有的突破與成果都意味著量子技術時代的到來。

2.2我國量子信息技術發展存在的問題

1.期望膨脹期依然是現階段的主要特點

雖然在量子信息技術的個別領域已有很大突破，但相關技術和應用場景還不能落地，距離商用化階段還有很長的一段路[2]。盡管中國量子信息技術專利的申請數僅次于美國，專利授權量也在不斷的增加，但是授權率較以往總體持平。在未來，要想發掘國家在科技競爭、產業創新和國防經濟建設方面的潛力，必須依靠量子技術，只有加速布局該技術，我們才有可能實現彎道超車。

2.資源投入不足

一般說來，我們需要花費大量的成本來進行量子信息技術研究探索，但是根據我國以往的調查顯示長期存在研發經費投入不夠，研發力度不強，穩定性較差現象。雖然政府對量子信息技術的重視程度越來越高，但是量子信息技術多學科交叉性、快速發展性對該技術的研究提出了更高的要求，尤其需要多首席科學家團隊，跨學科團隊以及經費上的長期資助，然而目前大部分的資助經費都無法進行最優的資源匹配。

此外，致力于量子信息技術研究的學者大多分布在物理，數學，計算機或者工程等不同的院系，人員的分散性使得有限的資源難以實現集中，進而阻礙了量子信息技術的快速發展。

3.相關制度以及配套機制還不夠完善

因為量子信息技術屬于新興產業，并且是一門新興的交叉學科，所涉及的學科知識較廣，領域和技術背景差異大，這就使得研究人員并不能把它當做一門獨立的學科進行探索，也很難做到兼顧多個領域的體系化和持續性。當下，研究機構和行業企業之間合作交流十分有限，根本原因在于沒有建立溝通合作的平臺以及相應機制。在產-學-研合作項目中，對相關的配套設施及環境的重視不足，不能產業化研究成果。

此外，技術成果的轉化應用機制尚不成熟，科研項目主要集中在學術研究領域，常常采用發表論文考評和原理樣機驗證等方式進行考核驗收，來自于政府和企業的實踐研究相對較少，科研項目在資金投入上與實踐上的工程化應用上沒有形成有效的鏈接，不易生成科技產品，也缺少有效制度機制提供支持。

三、解決量子信息技術發展問題的對策建議

1.從國家層面來說，應明確發展方向、部署發展路線，制定國家戰略作為風向標來從宏觀上指導協調各方的行動，為科研成果轉化建立體制機制保障[3]。從宏觀層面大力支持量子信息技術發展，出臺相應的激勵政策，加快推進量子信息技術在天氣預報、密碼分析、能源、金融、交通、人工智能等領域開展應用，以全面完善各領域信息化建設，提升信息安全。

2.進一步強調各方力量團隊合作，重點是要加強各地政府與科研機構、各地政府與行業企業，科研機構與行業企業之間的合作攻關，增強三者之間的有效互動轉化，強化重點方向的科研布局，共同促進量子信息技術以及相關產業的發展[4]。同時應該為科研機構和行業企業之間交流合作提供平臺，重視“引育”優秀人才，在高等教育中提高量子信息所需的跨學科、復合型人才的培養比例，多專業開設量子信息課程，尤其對量子物理和計算科學等學科進行聯合，采取多種途徑、多種方式培養該方面的人才，優化人才隊伍結構，使它變得更為科學合理，為量子信息技術的發展提供廣闊的空間[5]。

3.加大投融資機構的投資力度以及國際合作的水平。我國量子信息技術具有良好的研究基礎和廣闊的應用空間，因此應促進優勢資源形成合力，進行關鍵技術研發并補齊產業基礎短板，重點關注擁有關鍵技術自主知識產權的企業，在量子計算研究領域大力鼓勵私營企業和資本進入，調動各方力量來共同攻克我們在量子計算上的各個難關，在量子科技領域加強國際合作，提升國際合作的層次和水平，構建學術交流、創業投資、技術合作和標準制定等方面的聯盟優勢。還應加快相關標準的研制步伐，密集標準專利布局[6]。同時，在加快量子信息技術基礎研究和應用研發的過程中，應重視知識產權系統的布局以及對創新成果的保護和運用，中國市場龐大，預計在未來5年，新的專利將大量涌現，因此應加強對專利權人合法權益的保護，加大對侵犯專利權的賠償力度。

我們還需要結合本國實際和現有技術基礎，出臺符合本國國情量子信息技術發展戰略，統籌指導量子信息技術，關注基礎設施建設，增加投資，多方聯動，協同創作，標準化監管機制，攻克量子關鍵技術，促進量子信息技術的快速發展，加快轉化應用進程。未來，量子計算所能輻射的領域會擴展到人工智能（AI）、生物醫藥、氣象海洋、材料能源、金融分析、航空航天等等，這些都表明量子信息技術擁有巨大的市場前景。

參? 考? 文? 獻

[1]董立勇，馬少維.世界主要國家大力推進量子信息技術發展[J].軍事文摘，2020，05

[2]張桂紅.基于量子信息領域專利布局及技術發展趨勢分析[J].信息技術與信息化，2020，07

[3]唐川，房俊民，王立娜，張娟.量子信息技術發展態勢與規劃分析[J].世界科技研究與發展，2017，10

[4]關志勇.量子信息技術發展態勢與規劃分析[J].通信設計與應用，2018，03

[5]陳健，李逸豪.量子信息技術發展掃描[J].軍事文摘，2020，05

[6]張倩，李文宇.全球量子信息技術創新發展研究[J].信息通信技術與政策，2020，12