中國的量子科技創(chuàng)新水平如何？

2024年9月9日，美國信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會（ITIF）發(fā)布《中國的量子科技創(chuàng)新水平如何？》 報(bào)告 。報(bào)告認(rèn)為：中國在量子通信領(lǐng)域的領(lǐng)先地位毋庸置疑，但其整體量子技術(shù)實(shí)力有限；如果沒有計(jì)算方面的突破，美國仍將占據(jù)上風(fēng)。

量子信息科學(xué)（QIS）利用量子力學(xué)原理以全新的方式處理和傳輸信息，而中國正在積極開拓此領(lǐng)域，其所取得的一些成就在規(guī)模和范圍上都超過了美國，使得美國在量子領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位岌岌可危。量子技術(shù)不僅對國家安全十分重要，還有可能對經(jīng)濟(jì)和社會產(chǎn)生變革性影響。在這一技術(shù)前沿保持領(lǐng)先地位對美國的經(jīng)濟(jì)和社會福祉都至關(guān)重要。

總體而言，中國在量子通信領(lǐng)域占據(jù)上風(fēng)，但在量子計(jì)算領(lǐng)域落后于美國，而在量子傳感領(lǐng)域則與美國旗鼓相當(dāng)。中國國家資助的實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等精英大學(xué)以及一批私營企業(yè)正在推進(jìn)與國家優(yōu)先事項(xiàng)密切相關(guān)的技術(shù)。在量子通信領(lǐng)域，中國已穩(wěn)居全球領(lǐng)先地位，特別是通過開發(fā)世界上最長的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)——2000余公里的北京—上海主干網(wǎng)。這一網(wǎng)絡(luò)與將量子通信延伸到更遠(yuǎn)距離的開創(chuàng)性衛(wèi)星“墨子號”相結(jié)合，使中國在安全的長距離量子通信方面處于前沿地位。然而，在量子計(jì)算方面，中國卻明顯落后，尤其是在硬件和量子系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用方面。中國在更適合市場的量子傳感領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，但在不太成熟的量子計(jì)算領(lǐng)域卻處于下風(fēng)，這種對比體現(xiàn)了中國在迅速完善和應(yīng)用現(xiàn)有研究方面的優(yōu)勢，但也暴露出其在基礎(chǔ)創(chuàng)新方面的局限性。

中國充分認(rèn)識并發(fā)揮著自己的優(yōu)勢。量子創(chuàng)新戰(zhàn)略的核心是堅(jiān)持不懈地將前沿研究轉(zhuǎn)化為實(shí)際商業(yè)應(yīng)用。政府建立了專門的中心，如合肥的量子大道，將學(xué)術(shù)研究無縫轉(zhuǎn)化為市場適用的技術(shù)。但中國在研究出版物方面的國際合作有限。雖然這一戰(zhàn)略快速取得了成果，尤其是在量子通信領(lǐng)域，但也帶來了長期風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)榱孔蛹夹g(shù)開發(fā)非常復(fù)雜，而且成本巨大，供應(yīng)鏈遍布全球，這些問題都需要國際合作來解決，但中國的內(nèi)向型方法可能難以做到。

美國應(yīng)當(dāng)機(jī)立斷采取行動，確保其在量子技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。比如：大幅增加研發(fā)資金，特別是重新授權(quán)國家量子計(jì)劃（NQI）；國會應(yīng)支持由行業(yè)主導(dǎo)的創(chuàng)新，以應(yīng)對公共部門的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，加速量子技術(shù)的商業(yè)化；美國應(yīng)避免過早實(shí)施嚴(yán)格的量子標(biāo)準(zhǔn)，允許行業(yè)自然創(chuàng)新和發(fā)展；為了保持進(jìn)步以及對進(jìn)步至關(guān)重要的思想和人才流動，美國有必要實(shí)施謹(jǐn)慎、有針對性的出口管制。通過平衡戰(zhàn)略投資、創(chuàng)新和安全，美國可以確保自己始終處于全球量子技術(shù)的前沿。

本報(bào)告涵蓋的量子技術(shù)包括：量子通信，指制定安全通信協(xié)議，利用量子力學(xué)原理以確保傳輸信息的機(jī)密性和完整性；量子計(jì)算，指研發(fā)使用量子力學(xué)進(jìn)行計(jì)算的計(jì)算機(jī)，其計(jì)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)；量子傳感，指利用量子力學(xué)增強(qiáng)傳感器和測量科學(xué)。

中國量子產(chǎn)業(yè)概況

盡管有大量關(guān)于中國量子公司的報(bào)道，但只有約14家私營企業(yè)可被認(rèn)定為對量子技術(shù)作出了重大貢獻(xiàn)，其中包括9家初創(chuàng)企業(yè)和5家大型科技公司，本源量子和國盾量子等知名初創(chuàng)企業(yè)以及阿里巴巴、百度和騰訊等巨頭在中國處于領(lǐng)先地位。這五家公司占據(jù)了中國大部分量子市場。

中國私營企業(yè)對量子技術(shù)的投資與美國相比相形見絀。中國初創(chuàng)企業(yè)的資金嚴(yán)重短缺，蘭德公司2022年的報(bào)告指出，中國初創(chuàng)企業(yè)的資金只有4400萬美元，這與美國的12.8億美元形成鮮明對比。麥肯錫2023年的一份報(bào)告也揭露了類似的私營投資差距，指出美國私營的量子初創(chuàng)企業(yè)的投資總額大約是中國的10倍。美國的私營企業(yè)投資金額不僅超過了中國，還是歐盟的5倍多，可以說美國在量子技術(shù)投資方面領(lǐng)跑全球。這種主導(dǎo)地位不僅源于可用資金的規(guī)模，還源于美國的投資者文化，他們愿意承擔(dān)自己深思熟慮過的風(fēng)險(xiǎn)，來推動創(chuàng)新向前發(fā)展。中國嚴(yán)重的資金缺口使其初創(chuàng)企業(yè)難以投入巨資開展實(shí)質(zhì)性研究，這與資金雄厚的美國形成了鮮明對比，但中國正在將這一弱點(diǎn)轉(zhuǎn)化為優(yōu)勢，將其初創(chuàng)企業(yè)的重點(diǎn)放在現(xiàn)有量子技術(shù)的商業(yè)化上，并彌補(bǔ)公共資金的缺口。

近期，中國許多大型科技公司退出量子研究領(lǐng)域，阿里巴巴和百度都已關(guān)閉了相關(guān)量子研究部門，并將資產(chǎn)轉(zhuǎn)移至與國家有關(guān)的機(jī)構(gòu)。例如，百度將其量子研究設(shè)施移交給了北京量子信息科學(xué)研究院，而阿里巴巴將其量子實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)交給了浙江大學(xué)。一些分析家將此歸因于經(jīng)濟(jì)壓力，如量子研究的高成本和成果的不確定性，同時(shí)也確保量子研發(fā)更好地與國家戰(zhàn)略目標(biāo)齊頭并進(jìn)。

中國在哪些量子技術(shù)領(lǐng)域有創(chuàng)新？

中國在量子通信領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先，而美國則在量子計(jì)算領(lǐng)域擁有顯著的領(lǐng)先優(yōu)勢。這種差異凸顯了兩國在量子技術(shù)領(lǐng)域采取的不同國家戰(zhàn)略：美國投資于量子計(jì)算的長期潛力——這是一項(xiàng)不太成熟但極具前景的技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)；而中國則專注于量子通信的即時(shí)和安全應(yīng)用——這是一套更成熟的技術(shù)，但是市場范圍較窄。

中國在“十三五”規(guī)劃中將量子通信與安全列為優(yōu)先事項(xiàng)。自那時(shí)起，中國迅速采取行動，在全球安全通信競賽中鞏固了其領(lǐng)先地位，特別是在量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域。量子密鑰分發(fā)可能是安全通信最尖端的子領(lǐng)域，它利用量子力學(xué)原理創(chuàng)建了一種幾乎無法破解的數(shù)據(jù)加密方法。有一些地面系統(tǒng)利用光纜在城市間或鄰近地區(qū)間安全傳輸數(shù)據(jù)，還有一些衛(wèi)星系統(tǒng)可以在更遠(yuǎn)的距離甚至全球范圍內(nèi)連接安全通信。為了進(jìn)一步擴(kuò)展安全通信，中國已將衛(wèi)星鏈路整合到這一網(wǎng)絡(luò)中。這些衛(wèi)星鏈路可在光纖無法直接連接的遙遠(yuǎn)地點(diǎn)（如不同大陸之間）之間安全傳輸數(shù)據(jù)，從而保證量子通信的安全性，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出僅靠地面系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的范圍。

隨著2016年“墨子號”衛(wèi)星的發(fā)射，中國的量子密鑰分發(fā)雄心在京滬主干網(wǎng)的成就上又向前邁進(jìn)了一大步。“墨子號”衛(wèi)星由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)，并與中國科學(xué)院合作研發(fā)，是世界上第一顆量子科學(xué)衛(wèi)星。它可實(shí)現(xiàn)數(shù)千英里安全量子通信，開創(chuàng)了此領(lǐng)域的先河，成功地在亞洲和歐洲之間傳輸量子密鑰，這一壯舉是與奧地利研究團(tuán)隊(duì)合作完成的。通過實(shí)現(xiàn)跨大洲的量子密鑰交換，“墨子號”衛(wèi)星體現(xiàn)出了建立全球量子互聯(lián)網(wǎng)的潛力——一個(gè)利用量子技術(shù)傳輸信息的網(wǎng)絡(luò)，其安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)，它可保護(hù)數(shù)據(jù)不被攔截或篡改。“墨子號”衛(wèi)星的成就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過京滬主干網(wǎng)，它證明了量子通信可以跨越全球，超越本地網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造一個(gè)安全、互聯(lián)的世界，這標(biāo)志著中國在全球安全通信未來的領(lǐng)導(dǎo)地位。

其他國家也認(rèn)識到在量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域保持競爭力的重要性，并為保持領(lǐng)先地位進(jìn)行了投資，但美國在這方面卻落后于別國。歐盟啟動了量子通信基礎(chǔ)設(shè)施（EQCI）計(jì)劃，這是一項(xiàng)旨在研發(fā)全歐洲安全量子通信網(wǎng)絡(luò)的重大舉措，韓國也在開發(fā)自己的全國量子密鑰分發(fā)主干網(wǎng)，但美國卻沒有此類投資項(xiàng)目。美國量子經(jīng)濟(jì)發(fā)展聯(lián)盟在2024年的一份報(bào)告中寫道：“目前，美國政府沒有投資于此類試驗(yàn)平臺或試點(diǎn)領(lǐng)域，這導(dǎo)致美國在該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展中將成為追隨者而非領(lǐng)導(dǎo)者。”

然而，中國的落后之處在于量子計(jì)算，其在硬件開發(fā)和算法先進(jìn)性等多個(gè)領(lǐng)域也都處于落后位置。首先，在硬件開發(fā)方面，美國已遙遙領(lǐng)先于中國。要開發(fā)一臺功能強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)，必須創(chuàng)建一個(gè)物理系統(tǒng)，對量子比特進(jìn)行編碼，然后控制和操縱量子比特進(jìn)行計(jì)算。目前有兩種領(lǐng)先的技術(shù)可以做到這一點(diǎn)，而美國公司在這兩種技術(shù)的開發(fā)上都處于領(lǐng)先地位。第一種方法是使用鈹離子等被困在真空中的原子離子來表示量子比特。制造量子計(jì)算機(jī)的第二種方法（也是最主要的方法）是利用超導(dǎo)材料的獨(dú)特性能。其次，在算法開發(fā)或在量子計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上運(yùn)行的構(gòu)件方面，美國同樣領(lǐng)先于中國。兩個(gè)最著名的量子算法，即用于求大數(shù)因式分解的肖爾算法和用于更快破譯加密信息的格羅弗算法，都是由美國研究人員開發(fā)的。美國公司和盟國公司，如英國的Quantinuum公司和澳大利亞的Q-CTRL公司，正在引領(lǐng)將量子算法應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界的潮流。

各國對量子傳感領(lǐng)域領(lǐng)先地位的爭奪十分激烈。一些被大量引用的研究表明，中國的領(lǐng)先優(yōu)勢微乎其微，而最近的其他研究則表明，美國的領(lǐng)先優(yōu)勢遠(yuǎn)超中國。本報(bào)告中有關(guān)研究成果的創(chuàng)新指標(biāo)顯示，中美兩國對該技術(shù)的研究水平幾乎不相上下。各國在這一領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要，因?yàn)榱孔觽鞲屑夹g(shù)是最先進(jìn)的技術(shù)之一，且有幾項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了高度成熟的水平。這些技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，提供了傳統(tǒng)傳感器無法比擬的靈敏度和新功能。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，這些技術(shù)能更精確地監(jiān)測心臟，在腦機(jī)接口方面也更先進(jìn)。而在材料科學(xué)領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)能以前所未有的精細(xì)程度改進(jìn)缺陷探測。

總體而言，中國的戰(zhàn)略重點(diǎn)放在了短期內(nèi)更接近市場成熟的量子技術(shù)上，并在這些技術(shù)上領(lǐng)先。但一些專家指出，中國優(yōu)先考慮這些眼前利益，可能會忽視量子計(jì)算的未來潛力——盡管量子計(jì)算技術(shù)目前還面臨發(fā)展挑戰(zhàn)，但它有望在從制藥到金融等各個(gè)領(lǐng)域引發(fā)革命性變革。事實(shí)上，全球量子技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)已在三個(gè)領(lǐng)域的市場規(guī)模上顯示出明顯的層級結(jié)構(gòu)。據(jù)麥肯錫估計(jì)，到2040年，量子計(jì)算將占據(jù)整個(gè)量子技術(shù)市場約87%的份額，而量子通信和量子傳感分別約占7%和6%。

盡管如此，今天的小賭怡情可能比明天的豪賭更有價(jià)值，因?yàn)榱孔油ㄐ诺膬?yōu)勢顯而易見，而量子計(jì)算的規(guī)模和回報(bào)仍不確定。

中國如何進(jìn)行量子技術(shù)創(chuàng)新？

為什么盡管中國的量子產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，但其量子生態(tài)系統(tǒng)卻始終處于領(lǐng)先地位？

首先，中國在量子領(lǐng)域優(yōu)先考慮將創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為有形產(chǎn)品。他們注意到，與通常注重知識創(chuàng)造的美國不同，中國確保創(chuàng)新能夠從實(shí)驗(yàn)室無縫過渡到市場。合肥國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)是學(xué)術(shù)研究與商業(yè)應(yīng)用之間的橋梁。在合肥國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)，政府將科學(xué)突破與產(chǎn)業(yè)需求相結(jié)合，促進(jìn)大學(xué)、研究實(shí)驗(yàn)室和私營企業(yè)之間的合作。事實(shí)證明，這種方法在量子技術(shù)領(lǐng)域尤為有效，合肥已成為量子企業(yè)的核心樞紐。合肥國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)的量子大道就是一個(gè)范例，它已成為中國量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的燈塔。這個(gè)位于云飛路的特區(qū)據(jù)說聚集了約20家量子技術(shù)公司，該區(qū)域也因此成為量子企業(yè)的重要孵化器。這些公司位置的集中加快了量子研究從理論到應(yīng)用的過渡。這條街道的突破性創(chuàng)新包括超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)、毫米波芯片和著名的“墨子號”衛(wèi)星。中國在合肥成功發(fā)展工業(yè)量子生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于其與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)這所實(shí)力雄厚的科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)系，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)是中國量子領(lǐng)域最強(qiáng)的大學(xué)之一，被視為中心錨點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，被稱為中國“量子之父”、國盾量子聯(lián)合創(chuàng)始人潘建偉曾說：“在龍頭企業(yè)的積極參與和政府的引導(dǎo)下，一個(gè)涵蓋設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、安全和標(biāo)準(zhǔn)的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈在中國基本形成。”

其次，中國在量子技術(shù)方面發(fā)展快速。美國目前將量子創(chuàng)新作為“范內(nèi)瓦 · 布什科學(xué)項(xiàng)目”，而不是作為國家安全或競爭力優(yōu)先事項(xiàng)。這指的是線性創(chuàng)新模式，通常歸功于美國科學(xué)政策制定的關(guān)鍵人物范內(nèi)瓦 · 布什（Vannevar Bush）。在這種模式中，基礎(chǔ)研究推動應(yīng)用研究，應(yīng)用研究促進(jìn)開發(fā)，最終形成商業(yè)產(chǎn)品。這是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，可能既緩慢又脫節(jié)，因?yàn)槊總€(gè)階段往往由不同的實(shí)體負(fù)責(zé)。相比之下，中國的方法旨在提高速度和效率。中國的戰(zhàn)略是集中力量，并簡化從研究到應(yīng)用的流程。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)是中國量子研究中心和信息中心。在郭光燦的領(lǐng)導(dǎo)下，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)成功爭取到了享有盛譽(yù)的政府實(shí)驗(yàn)室（中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）落地，將國家研究重點(diǎn)與學(xué)校的學(xué)科優(yōu)勢緊密結(jié)合在一起。自2017年以來，中國越來越多地將量子研究工作集中在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，特別是高影響力領(lǐng)域。這種集中化鞏固了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)作為中國量子信息科學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)者的地位。

第三，中國對量子研究采用集中資助方式。事實(shí)上，中國的量子資助體系非常集中，主要依靠國家自然科學(xué)基金委員會。該組織負(fù)責(zé)資助中國約50%的量子出版物，涉及量子計(jì)算、量子傳感和量子通信等領(lǐng)域。而美國的資助系統(tǒng)和資助機(jī)制各自為政。此外，美國的資金來源明顯更加雜亂，甚至政府資金來源也來自各個(gè)聯(lián)邦部門。這導(dǎo)致了效率低下和缺乏戰(zhàn)略協(xié)調(diào)問題，最終會拖慢進(jìn)展，使美國更難與中國更加統(tǒng)一的方法相抗衡。中國大膽投資于雄心勃勃的項(xiàng)目，如量子通信網(wǎng)絡(luò)原型機(jī)，旨在實(shí)現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)先。這種承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的意愿使中國能夠?qū)崿F(xiàn)重大突破，并有可能主導(dǎo)量子科學(xué)，而美國則采取了更為保守的方法，專注于理論性更強(qiáng)的項(xiàng)目。

第四，在量子計(jì)算、通信和傳感領(lǐng)域，美國近一半的研究論文都是與國際合作伙伴共同完成的，而中國此類論文的數(shù)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，在這三個(gè)領(lǐng)域分別只有29%、19%和23%。中國這種模式揭示了其更廣泛的戰(zhàn)略：將研究重點(diǎn)放在國內(nèi)，嚴(yán)重依賴國內(nèi)合作，尤其是大學(xué)之間的合作，而美國則利用大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和私營企業(yè)的優(yōu)勢，建立了一個(gè)更加全球一體化和開放的研究生態(tài)系統(tǒng)。就像半導(dǎo)體的研究一樣，創(chuàng)新量子技術(shù)所需的巨大成本以及其復(fù)雜性和規(guī)模，是任何一個(gè)國家或企業(yè)都無法單獨(dú)應(yīng)對的。有限的國際合作可能會成為中國在此領(lǐng)域取得長足進(jìn)步的絆腳石，因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域，全球合作不僅有益于己，而且必不可少。

最后，美國學(xué)術(shù)研究系統(tǒng)缺乏集中指導(dǎo)，這與中國高度協(xié)調(diào)、由政府指導(dǎo)的量子研究方式形成鮮明對比。在中國，關(guān)鍵的研究計(jì)劃，如量子信息科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（均位于合肥），是由政府實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)的。這些實(shí)驗(yàn)室與北京量子信息科學(xué)研究院和上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所一起，在統(tǒng)一的國家戰(zhàn)略下運(yùn)作，確保研究工作與國家目標(biāo)緊密結(jié)合。此外，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)和北京郵電大學(xué)等一流大學(xué)也為這一中央框架作了貢獻(xiàn)，直接響應(yīng)政府設(shè)定的優(yōu)先事項(xiàng)和目標(biāo)。

中國量子行業(yè)創(chuàng)新投入分析

科學(xué)出版物""在量子通信領(lǐng)域，中國的研究數(shù)量和質(zhì)量都遙遙領(lǐng)先，大大超過了美國。在量子計(jì)算領(lǐng)域，中國的研究成果更多，但在研究質(zhì)量方面，美國則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中國。在量子傳感領(lǐng)域，中國的研究成果更多，但兩國的研究質(zhì)量并駕齊驅(qū)。

專利""中國在國內(nèi)量子通信專利方面遙遙領(lǐng)先，在量子傳感專利方面也有相當(dāng)大的領(lǐng)先優(yōu)勢，而美國在量子計(jì)算專利方面領(lǐng)先。在歐洲，沒有明顯的重點(diǎn)，并且在所有三種技術(shù)上都有平衡的產(chǎn)品組合（而在其他地區(qū)，量子傳感往往落后）。

在中國，量子通信和量子傳感專利的主要受讓人是公共機(jī)構(gòu)和初創(chuàng)企業(yè)，而非大型企業(yè)。例如，國盾量子和魯班量子等初創(chuàng)企業(yè)在量子通信專利方面處于領(lǐng)先地位，而中國科學(xué)院工程研究所則在量子傳感方面處于領(lǐng)先地位。相比之下，美國在量子計(jì)算專利方面的領(lǐng)導(dǎo)地位主要是由大型企業(yè)推動的，包括國際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）、微軟、谷歌和英特爾等。

在中國，量子技術(shù)被視為國防和基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵。中國優(yōu)先考慮國內(nèi)專利，確保這些技術(shù)在中國境內(nèi)，不受外部影響。

然而，要充分了解量子創(chuàng)新的全球意義，就必須跳出國內(nèi)專利的范疇。因?yàn)檎嬲绊懭蚴袌龊屯苿訃H競爭的是那些延伸到國外的專利。國際專利族以更廣泛的視角揭示了一種不同的動態(tài)：雖然中國對國內(nèi)的關(guān)注度很高，但與其他國家相比，其全球足跡并不明顯。中國只有華為和阿里巴巴兩家公司進(jìn)入了量子通信領(lǐng)域的前十名，而在量子計(jì)算和傳感領(lǐng)域的前幾名中則沒有中國公司的身影。這種反差凸顯了中國對國內(nèi)創(chuàng)新的重視，但量子領(lǐng)域的全球影響力仍然集中在那些優(yōu)先考慮擴(kuò)大國際專利覆蓋面的外國公司。

中國政府支持量子行業(yè)的政策

中國決心到2035年在量子技術(shù)領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位。量子科學(xué)因有望給計(jì)算、密碼學(xué)和傳感等領(lǐng)域帶來革命性的變化而被視為對中國提升全球競爭力這一目標(biāo)的關(guān)鍵考驗(yàn)。

中國通過“十三五”和“十四五”規(guī)劃，將量子技術(shù)納入國家戰(zhàn)略，將量子通信定位為實(shí)現(xiàn)長期目標(biāo)的關(guān)鍵。一項(xiàng)在“十三五”規(guī)劃中啟動的大工程旨在確保到2030年中國在量子通信和計(jì)算領(lǐng)域取得突破，包括擴(kuò)大國家量子基礎(chǔ)設(shè)施、開發(fā)量子計(jì)算原型機(jī)和建設(shè)量子模擬器。中國政府為建立量子信息科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室投資了超10億美元，同時(shí)還為“墨子號”衛(wèi)星和京滬主干網(wǎng)等關(guān)鍵項(xiàng)目單獨(dú)投資了100億美元，這凸顯了中國主宰量子技術(shù)的雄心。這些努力顯然已經(jīng)取得了成效，因?yàn)橹袊呀?jīng)在量子通信領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

中國對量子技術(shù)的雄心得到了大量公共資金的支持，但具體數(shù)字仍不明確。據(jù)估計(jì)，中國的投資超過了150億美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了美國約38億美元的撥款。

中國在“十三五”規(guī)劃勢頭的基礎(chǔ)上，“十四五”規(guī)劃加強(qiáng)了對量子技術(shù)的關(guān)注，制定了更加具體的宏偉目標(biāo)。該計(jì)劃要求建立專門研究量子信息的國家實(shí)驗(yàn)室，以鞏固中國在這一關(guān)鍵領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。該計(jì)劃優(yōu)先發(fā)展城內(nèi)、城際和自由空間環(huán)境下的先進(jìn)量子通信技術(shù)，同時(shí)創(chuàng)建通用量子計(jì)算原型機(jī)和實(shí)用量子模擬器。此外，該計(jì)劃還強(qiáng)調(diào)了量子精密測量技術(shù)的突破以及量子在關(guān)鍵數(shù)字領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。“十四五”規(guī)劃還強(qiáng)調(diào)了通過量子發(fā)展提升國防和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的雙重目標(biāo)，確保國家不僅在技術(shù)上領(lǐng)先，還能獲得更廣泛的戰(zhàn)略利益。此外，中國工業(yè)和信息化部在2024年發(fā)布的文件中將量子計(jì)算確定為其更廣泛產(chǎn)業(yè)政策中的“未來產(chǎn)業(yè)”，重點(diǎn)發(fā)展容錯(cuò)量子計(jì)算技術(shù)，并加強(qiáng)量子軟件和云平臺。

2024年中國工業(yè)和信息化部在文件中還將加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)導(dǎo)力作為量子領(lǐng)域的一個(gè)目標(biāo)，幾年來中國也一直深耕于此。2021年10月，中國發(fā)布了指導(dǎo)方針，思考如何布局以鞏固其作為包括量子技術(shù)領(lǐng)域在內(nèi)的國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定領(lǐng)導(dǎo)者的地位。2022年，《國家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》啟動，通過分析全球和國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)格局，制定了具體步驟以增強(qiáng)中國的標(biāo)準(zhǔn)制定流程。此外，中國正致力于將標(biāo)準(zhǔn)制定直接納入量子研發(fā)項(xiàng)目。國家科技發(fā)展計(jì)劃要求科研人員將標(biāo)準(zhǔn)工作作為項(xiàng)目的核心組成部分，確保標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)發(fā)展同時(shí)、同步。這種方法旨在實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與標(biāo)準(zhǔn)化之間的無縫鏈接，以便更有效地推動量子技術(shù)的商業(yè)化。通過將標(biāo)準(zhǔn)納入量子計(jì)劃，中國旨在加強(qiáng)其國內(nèi)產(chǎn)業(yè)，以便在全球范圍內(nèi)更具競爭力。中國的戰(zhàn)略還包括提高其在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（IOS）及國際電工委員會（IEC）等國際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)中的影響力，中國代表在這些機(jī)構(gòu)中發(fā)揮了領(lǐng)導(dǎo)作用。通過這些協(xié)調(diào)努力，中國正在全球舞臺上掣畫量子技術(shù)的未來，并確保其標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)成為全球基準(zhǔn)。

美國下一步的可能動向

ITIF建議，美國政府應(yīng)立即采取積極措施以保持領(lǐng)導(dǎo)地位。

首先，美國有必要增加資金投入。事實(shí)上，由學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府專家組成的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)——國家量子倡議咨詢委員會（NQIAC）——就國會應(yīng)如何為下一輪國家量子計(jì)劃提供資金提出的核心建議之一就是，持續(xù)增加資金“將是我們國家贏得實(shí)現(xiàn)量子信息服務(wù)效益的競賽的必要條件”。問題是，多少資金才足以加速美國的量子信息服務(wù)創(chuàng)新并保持國家競爭力？這個(gè)問題很難回答，部分原因是，雖然美國政府通過《國家量子倡議法案》（NQIA）增加質(zhì)量創(chuàng)新研發(fā)資金的努力一觀即明，但這些努力所帶來的好處卻很難量化，因?yàn)楹苌儆幸恢隆⑷娴拇胧﹣砗饬看隧?xiàng)研究隨著時(shí)間的推移發(fā)生了多大變化。能源科學(xué)聯(lián)盟（ESC）在2023年3月向NQIAC提交的書面意見中建議“從2024財(cái)年到2028財(cái)年這五年內(nèi)，每年至少撥款6.75億美元”。

為了更好地與中國的量子研發(fā)規(guī)模相匹配，美國應(yīng)該與盟國協(xié)調(diào)資金投入，通過與優(yōu)勢互補(bǔ)的國家建立深厚的伙伴關(guān)系來打造制勝戰(zhàn)略。如有針對性地開展聯(lián)合研發(fā)活動，最大限度地發(fā)揮每個(gè)國家的優(yōu)勢，從而形成一個(gè)強(qiáng)大的集團(tuán)，更有效地推動創(chuàng)新。這種合作方式不僅能增強(qiáng)美國的能力，還能提高盟國研究工作的全球影響力，確保量子技術(shù)取得平衡的戰(zhàn)略性進(jìn)步。例如，德國在量子傳感領(lǐng)域表現(xiàn)出色，擁有慕尼黑量子谷（MQV）等先進(jìn)的研究中心和強(qiáng)大的產(chǎn)學(xué)研一體化體制。通過利用這些盟國的優(yōu)勢，美國及其合作伙伴可以匯集資源和專業(yè)知識，確保在全球量子領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，并將來自中國的競爭壓力轉(zhuǎn)化為盟國主導(dǎo)地位的機(jī)遇。這些盟國還提供了多樣化的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這可以進(jìn)一步加強(qiáng)美國的量子戰(zhàn)略。在澳大利亞和英國，量子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展由初創(chuàng)企業(yè)推動，而德國和日本的量子行業(yè)則由與政府研發(fā)關(guān)系密切的大型老牌企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)。通過將初創(chuàng)企業(yè)的創(chuàng)新性與大型企業(yè)的穩(wěn)定性相結(jié)合，美國及其盟國可以建立一個(gè)強(qiáng)大、靈活的量子生態(tài)系統(tǒng)。此外，建立一個(gè)安全、靈活的量子供應(yīng)鏈也至關(guān)重要。美國可以通過與盟國密切合作，確定并保護(hù)關(guān)鍵的零部件和材料供應(yīng)商，并抵御潛在的干擾。這一合作戰(zhàn)略可以利用盟國的專業(yè)知識和資源優(yōu)勢，確保美國及其合作伙伴保持穩(wěn)定、可靠的重要量子技術(shù)投入。

美國還應(yīng)更迅速地推動量子產(chǎn)業(yè)。這一行動并非只有中國在進(jìn)行。例如，英國設(shè)立了一個(gè)“量子技術(shù)商業(yè)化”挑戰(zhàn)項(xiàng)目，由政府提供約1.74億英鎊的資金，輔以來自產(chǎn)業(yè)界的3.9億英鎊資金，用于由產(chǎn)業(yè)界主導(dǎo)的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目涉及政府產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的四個(gè)主題：清潔、老齡化社會、未來移動性和人工智能。截至2022年秋季，該挑戰(zhàn)已為139個(gè)由在英注冊的企業(yè)主導(dǎo)的項(xiàng)目提供了資金。美國國會應(yīng)提供2億美元的資金來設(shè)立一個(gè)項(xiàng)目，以鼓勵(lì)企業(yè)和開發(fā)商為公共衛(wèi)生、移動性和能源領(lǐng)域的挑戰(zhàn)提供量子解決方案。通過激勵(lì)各行業(yè)從需求側(cè)為公共部門開發(fā)創(chuàng)新解決方案，政府將美國城市作為第一批受益客戶，從而增加市場對新生的近期量子計(jì)算的需求，并使企業(yè)能夠在市場中創(chuàng)造競爭優(yōu)勢。

美國應(yīng)將量子技術(shù)作為國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，而不僅僅是一種科學(xué)追求。中國和美國的不同戰(zhàn)略可能使美國成為全球量子研究中心，而中國則主導(dǎo)量子商業(yè)化。為解決這一問題，ITIF在題為“美國為何需要支持近期量子計(jì)算應(yīng)用”的報(bào)告中提出了幾項(xiàng)戰(zhàn)略建議，以彌補(bǔ)量子技術(shù)前沿研究與市場就緒應(yīng)用之間的關(guān)鍵差距，比如：美國國會應(yīng)建立國家量子研究云；科技政策辦公室應(yīng)推出聯(lián)邦量子挑戰(zhàn)以鼓勵(lì)各機(jī)構(gòu)探索量子計(jì)算應(yīng)用；國會應(yīng)制定一項(xiàng)計(jì)劃，鼓勵(lì)企業(yè)為公共部門面臨的問題開發(fā)創(chuàng)新量子解決方案。

雖然中國在制定量子技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)方面雄心勃勃，但美國應(yīng)避免反應(yīng)過激而倉促行事，過早地強(qiáng)推自己的標(biāo)準(zhǔn)。量子技術(shù)仍處于早期發(fā)展階段，過早推行標(biāo)準(zhǔn)可能會阻礙創(chuàng)新，不利于技術(shù)發(fā)展成熟。美國應(yīng)將重點(diǎn)放在行業(yè)驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)制定上，這些標(biāo)準(zhǔn)會隨著技術(shù)的進(jìn)步而自然發(fā)展。如果美國政府在標(biāo)準(zhǔn)制定方面過度介入，可能導(dǎo)致不必要的沖突，進(jìn)而阻礙量子技術(shù)在全球的發(fā)展。相反，美國應(yīng)支持以靈活、協(xié)作的方式制定標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)創(chuàng)新，并在出現(xiàn)技術(shù)突破時(shí)加以調(diào)整。

最后，雖然出口管制對于保護(hù)量子技術(shù)不被濫用至關(guān)重要，但決策者應(yīng)謹(jǐn)慎應(yīng)用，以避免阻礙創(chuàng)新和國際合作。量子研發(fā)是一項(xiàng)全球性工作，其發(fā)展足跡和供應(yīng)鏈遍布多個(gè)國家。實(shí)施廣泛的單邊出口管制可能不僅無益自身，還會使美國孤立于重要的全球伙伴關(guān)系之外，并扼殺對進(jìn)步至關(guān)重要的人才和思想的流動。相反，美國應(yīng)把重點(diǎn)放在有針對性的管制上，在不廣泛限制知識交流和零部件流通的情況下，具體問題具體分析。美國還應(yīng)與盟國密切協(xié)調(diào)，以確保制定的措施切實(shí)可行又適用于市場。通過平衡安全與合作，美國可以在保護(hù)自身利益的同時(shí)繼續(xù)引領(lǐng)量子創(chuàng)新。

資料來源"ITIF