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全球量子信息技術(shù)最新進(jìn)展及對(duì)中國(guó)的啟示

2017-06-19 19:36芳,徐
中國(guó)科技論壇 2017年6期
關(guān)鍵詞:量子專(zhuān)利論文

高 芳,徐 峰

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所,北京 100038)

全球量子信息技術(shù)最新進(jìn)展及對(duì)中國(guó)的啟示

高 芳,徐 峰

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所,北京 100038)

當(dāng)前,量子信息技術(shù)成為全球一大熱點(diǎn)。本文對(duì)量子信息技術(shù)領(lǐng)域的SCI論文和Innography專(zhuān)利數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,梳理了近期美國(guó)、歐盟、英國(guó)、韓國(guó)和日本推進(jìn)量子信息技術(shù)發(fā)展的重大舉措,總結(jié)提出中國(guó)量子信息技術(shù)在2010年后已具備一定的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),同時(shí)在制定國(guó)家量子信息技術(shù)路線(xiàn)圖、多層次協(xié)同攻克關(guān)鍵技術(shù)、發(fā)揮企業(yè)主導(dǎo)作用以及加強(qiáng)國(guó)際合作參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定等方面得到幾點(diǎn)啟示。

量子信息技術(shù);量子通信;量子計(jì)算機(jī);技術(shù)路線(xiàn)圖;文獻(xiàn)分析

1 引言

20世紀(jì),依賴(lài)于量子力學(xué)基本原理的揭示,人類(lèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)光子、原子等微觀(guān)粒子的精確操控,晶體管、傳感器、通信與信息處理設(shè)備以及光學(xué)器件等由此誕生,人類(lèi)隨之進(jìn)入現(xiàn)代信息社會(huì)。進(jìn)入21世紀(jì),量子糾纏、量子相干性等基礎(chǔ)理論的深度研究及其變革式應(yīng)用成為量子科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其中,量子信息技術(shù),作為量子物理與信息科學(xué)相結(jié)合的前沿科技,在信息處理及傳輸速度提升、信息安全保障以及信號(hào)探測(cè)精度提高等方面有可能產(chǎn)生不可預(yù)估的影響[1-3]。

近兩年量子信息技術(shù)發(fā)展迅猛,包括量子通信、量子計(jì)算機(jī)、量子傳感器[4-5]、量子導(dǎo)航、量子網(wǎng)絡(luò)等細(xì)分領(lǐng)域均取得若干重大突破[6]。2014年初,美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室利用量子特性實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)與改進(jìn),在低光和氣流紊亂情況下2.33千米的成像測(cè)試獲取了清晰的圖像[7];2015年3月,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)多自由度量子體系的隱形傳態(tài)[8];2015年12月,谷歌開(kāi)發(fā)出D-Wave 2X量子計(jì)算機(jī),其量子退火算法的執(zhí)行速度較單核經(jīng)典計(jì)算機(jī)上模擬退火算法的執(zhí)行速度快1億倍[9]。

2016年2月,中國(guó)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中設(shè)立“量子調(diào)控與量子信息”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng),目前已公示擬立項(xiàng)項(xiàng)目清單。同年7月發(fā)布的《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中也進(jìn)一步明確將設(shè)立“量子通信與量子計(jì)算機(jī)”重大科技項(xiàng)目,研發(fā)城域、城際、自由空間量子通信技術(shù),研制通用量子計(jì)算原型機(jī)和實(shí)用化量子模擬機(jī)。以上都成為中國(guó)當(dāng)前發(fā)展量子信息技術(shù)的重要抓手。為了明晰中國(guó)在全球量子信息領(lǐng)域中的競(jìng)爭(zhēng)地位,本文基于SCI論文和專(zhuān)利對(duì)全球量子信息基礎(chǔ)研究產(chǎn)出和應(yīng)用研究產(chǎn)出的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析,并重點(diǎn)梳理了近兩年美國(guó)、歐盟、英國(guó)、韓國(guó)和日本推進(jìn)量子信息技術(shù)發(fā)展的舉措,最后結(jié)合中國(guó)“十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃中對(duì)“量子通信與量子計(jì)算機(jī)”項(xiàng)目的戰(zhàn)略部署,給出了幾點(diǎn)啟示。

2 基于文獻(xiàn)計(jì)量分析的量子信息技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

量子信息技術(shù)具體包括量子通信、量子計(jì)算機(jī)、量子信息存儲(chǔ)、量子傳感器、量子成像、量子導(dǎo)航、量子系統(tǒng)軟件、量子網(wǎng)絡(luò)等細(xì)分領(lǐng)域。除了主題詞“quantum computer”“quantum communication”“quantum sensor”等之外,對(duì)這些細(xì)分領(lǐng)域的關(guān)鍵詞進(jìn)行擴(kuò)充,得到包含量子算法、量子電路、量子處理器、量子糾錯(cuò)、量子傳輸、量子加密等在內(nèi)的共計(jì)27個(gè)主題詞。

以美國(guó)ISI出版的SCI為統(tǒng)計(jì)源,檢索年限為1900—2016年,檢索日期為2016年7月16日,基于上述27個(gè)主題詞進(jìn)行檢索,共得到44540篇文獻(xiàn)。在Innography專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)中,檢索年限未限定,檢索日期為2016年7月16日,基于上述27個(gè)主題詞進(jìn)行檢索,共得到7822件專(zhuān)利。

2.2 基于SCI文獻(xiàn)分析的發(fā)展態(tài)勢(shì)

該領(lǐng)域最早的SCI論文出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代,直到1959年期間發(fā)表的論文總量未超過(guò)10篇,1960—2016年7月全球SCI論文發(fā)表的年代分布見(jiàn)圖1。進(jìn)入20世紀(jì)80年代,量子信息技術(shù)領(lǐng)域的論文發(fā)表進(jìn)入穩(wěn)步增長(zhǎng)期。1982年,量子信息領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)者Feynman在進(jìn)行物理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬時(shí)認(rèn)識(shí)到疊加態(tài)、量子相干性等量子特性有可能會(huì)得到應(yīng)用[10]。短短3年后,Deutsch便建立了量子圖靈機(jī)的模型[11]。

圖1 全球量子信息技術(shù)領(lǐng)域SCI論文發(fā)表年代分布

進(jìn)入20世紀(jì)90年代,全球量子信息領(lǐng)域論文發(fā)表進(jìn)入快速增長(zhǎng)期,特別是從1990年的83篇快速躍升至1991年的243篇。20世紀(jì)90年代中后期,世界各國(guó)在量子信息方面的科研投資明顯增加。這一時(shí)期,量子電路基本邏輯門(mén)、量子算法Shor算法和Grover算法、量子隱形傳態(tài)方案被相繼提出[12],量子糾錯(cuò)碼成為一個(gè)重要的研究方向,到20世紀(jì)末量子信息科學(xué)進(jìn)入可工程化階段[13-14]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)論文發(fā)表量平穩(wěn)增長(zhǎng),2001—2015年期間年平均增長(zhǎng)率保持在10%左右。

對(duì)SCI收錄的量子信息技術(shù)領(lǐng)域論文數(shù)量最多的前20位國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行排名,見(jiàn)圖2。整體來(lái)看,美國(guó)、中國(guó)和德國(guó)的表現(xiàn)最突出,同時(shí)彼此之間的數(shù)量差距比較大。美國(guó)的論文數(shù)量遠(yuǎn)多于其他國(guó)家,占全球論文總量的25.16%,達(dá)到位列第二的中國(guó)論文總量的1.37倍,中國(guó)論文數(shù)量的全球占比為18.4%,是德國(guó)論文總量的1.57倍。英國(guó)、日本、意大利、加拿大和法國(guó)的論文總量均已超過(guò)2000篇,位置鄰近國(guó)家之間沒(méi)有形成較為明顯的差距。歐盟地區(qū)(此次統(tǒng)計(jì)范圍不包括英國(guó),以下同)的論文總量超過(guò)美國(guó)達(dá)到15138篇,占全球論文總量的34%。

圖2 前20位國(guó)家及歐盟地區(qū)發(fā)表SCI論文數(shù)量

排名前10位國(guó)家的年度論文發(fā)表趨勢(shì)見(jiàn)圖3。從年代分布來(lái)看,美國(guó)仍然占據(jù)明顯的優(yōu)勢(shì),早在20世紀(jì)90年代初期美國(guó)在量子信息技術(shù)領(lǐng)域的SCI論文發(fā)表量已超過(guò)100篇,同期德國(guó)、英國(guó)和日本較其他國(guó)家與美國(guó)的差距相對(duì)較少,然而直到1995年德國(guó)的論文發(fā)表數(shù)量才接近美國(guó)論文數(shù)量的40%。中國(guó)的論文發(fā)表數(shù)量在2000年前后進(jìn)入快速增長(zhǎng)期,1999—2010年期間年平均增長(zhǎng)率高達(dá)31.34%,同期美國(guó)SCI論文年平均增長(zhǎng)率僅為10.02%,自2012年中國(guó)的論文數(shù)量超過(guò)美國(guó)以來(lái),中國(guó)的論文發(fā)表年增長(zhǎng)率均超過(guò)美國(guó)。長(zhǎng)期以來(lái),英國(guó)和日本兩國(guó)的年度論文發(fā)表數(shù)量非常接近,除了2002年、2003年日本出現(xiàn)短暫的明顯優(yōu)勢(shì)之外,近期從2012年開(kāi)始英國(guó)的論文數(shù)量則較為突出,加拿大的論文數(shù)量超過(guò)日本排到全球第五位。

圖3 前10位國(guó)家SCI論文發(fā)表年代分布

2.3 基于專(zhuān)利分析的發(fā)展態(tài)勢(shì)

截至2016年7月16日,全球量子信息技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)總量為7822件。因?qū)@暾?qǐng)到公開(kāi)一般有18個(gè)月左右延遲,所以2014—2016年數(shù)據(jù)僅供參考(以下同)。見(jiàn)圖4,20世紀(jì)60年代初到80年代末是全球量子信息技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)的萌芽期,隨后進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期,1983—1993年的年均專(zhuān)利增長(zhǎng)率為24.3%,1991年全球?qū)@_(dá)到100件。1998—2004年為快速增長(zhǎng)期,年均專(zhuān)利增長(zhǎng)率為33.6%。2005—2009年該領(lǐng)域?qū)@麛?shù)量從近500件衰減至326件。2009年之后隨著各類(lèi)研發(fā)主體對(duì)量子計(jì)算核心器件及整機(jī)研發(fā)、量子通信技術(shù)的高度關(guān)注,特別是D-Wave公司分別于2007年和2011年成功研制絕熱量子計(jì)算機(jī)和可商用量子計(jì)算機(jī)D-Wave One之后,激發(fā)了全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)主體的研發(fā)熱情。而以Google公司為代表的高技術(shù)企業(yè)更是將量子計(jì)算機(jī)直接用于解決圖像處理、無(wú)人駕駛汽車(chē)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。

圖4 全球量子信息技術(shù)領(lǐng)域?qū)@麛?shù)量年代分布

按專(zhuān)利申請(qǐng)人所在國(guó)家和地區(qū)擁有的專(zhuān)利數(shù)量進(jìn)行排名,見(jiàn)圖5。表現(xiàn)最為突出的第一梯隊(duì)國(guó)家有美國(guó)、中國(guó)和日本,相鄰位置國(guó)家之間的專(zhuān)利數(shù)量差距不大。位居第二梯隊(duì)的國(guó)家有韓國(guó)、俄羅斯、英國(guó)以及加拿大。并且第二梯隊(duì)國(guó)家擁有的專(zhuān)利數(shù)量與第一梯隊(duì)的差距非常明顯,第二梯隊(duì)國(guó)家的平均專(zhuān)利擁有量不到第一梯隊(duì)國(guó)家平均擁有量的25%。結(jié)合圖2的SCI論文產(chǎn)出來(lái)看,德國(guó)雖排在SCI論文全球排名的第三位,但是其專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)勢(shì)卻不再明顯,韓國(guó)則與德國(guó)相反,韓國(guó)的SCI論文產(chǎn)出雖排在全球第19位,但其專(zhuān)利產(chǎn)出卻排在全球第4位。歐盟地區(qū)的專(zhuān)利總量超過(guò)韓國(guó)達(dá)505件,占全球?qū)@偭康?.45%。

圖5 前20位國(guó)家及歐盟地區(qū)申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量

從排名前6位國(guó)家的專(zhuān)利數(shù)量年代演化趨勢(shì)來(lái)看(見(jiàn)圖6),在量子信息技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)的穩(wěn)步發(fā)展期,即20世紀(jì)80年代至90年代初期,美國(guó)、日本和俄羅斯的專(zhuān)利競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)較為明顯,特別是日本的年均專(zhuān)利數(shù)量分別可達(dá)到美國(guó)、俄羅斯專(zhuān)利擁有量的3.3倍和1.8倍。在隨后的全球?qū)@焖僭鲩L(zhǎng)期,美國(guó)和日本的專(zhuān)利增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)基本相似,且明顯優(yōu)于俄羅斯,2003年前后中國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)已超過(guò)俄羅斯。在2009年之后的另一個(gè)快速增長(zhǎng)期,中國(guó)擁有的專(zhuān)利量猛增,不僅超過(guò)其歷史上任何一個(gè)階段,也超過(guò)了其他所有國(guó)家;美國(guó)的專(zhuān)利量雖是增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),但仍未達(dá)到其在2004年的最高水平;韓國(guó)在該領(lǐng)域的專(zhuān)利擁有量超過(guò)俄羅斯和英國(guó),基本與日本持平。

圖6 前6位國(guó)家專(zhuān)利數(shù)量年代分布

對(duì)排名前6位國(guó)家在美國(guó)、中國(guó)、日本、英國(guó)和韓國(guó)的專(zhuān)利布局進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如表1所示,同時(shí)將各國(guó)向世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織(World Intellectual Property Organization,WIPO)遞交的國(guó)際專(zhuān)利以及在歐洲專(zhuān)利局(European Patent Office,EPO)申請(qǐng)專(zhuān)利的情況統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。美國(guó)、中國(guó)、日本和韓國(guó)成為全球量子信息技術(shù)布局最為關(guān)注的市場(chǎng)??傮w來(lái)看,各國(guó)分別在各自本土擁有最大比例的專(zhuān)利量。

表1 前6位國(guó)家在主要國(guó)家和組織的專(zhuān)利布局

在第一梯隊(duì)國(guó)家中,與中國(guó)和日本相比,美國(guó)在各國(guó)的專(zhuān)利布局更為均衡。在各國(guó)專(zhuān)利授權(quán)率對(duì)比中,韓國(guó)最突出為38%,美國(guó)、中國(guó)和日本的專(zhuān)利授權(quán)率基本在33%左右,英國(guó)稍低為28%,俄羅斯的專(zhuān)利授權(quán)率僅為6.4%。在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)對(duì)比中,美國(guó)和英國(guó)的WIPO專(zhuān)利占比均達(dá)到12.7%,韓國(guó)、日本和俄羅斯的WIPO專(zhuān)利占比分別為5.6%、4.3%和2.6%,中國(guó)的WIPO專(zhuān)利占比僅為1.9%。在EPO專(zhuān)利對(duì)比中,除了英國(guó)達(dá)到16.2%的占比外,美國(guó)、日本和韓國(guó)的EPO占比分別為6.7%、4.2%和1.8%,中國(guó)和俄羅斯僅為0.7%和0.2%。

3 各國(guó)/地區(qū)推動(dòng)量子信息技術(shù)發(fā)展的舉措

3.1 美國(guó)

一直以來(lái),美國(guó)高度重視量子信息技術(shù)的相關(guān)研究,將量子信息技術(shù)作為引領(lǐng)未來(lái)軍事革命的顛覆性、戰(zhàn)略性技術(shù)。特別是,美國(guó)將量子芯片相關(guān)研究計(jì)劃命名為“微型曼哈頓計(jì)劃”,將其提升至與原子彈研制同等重要的高度。以美國(guó)國(guó)防部、美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室為代表的軍方機(jī)構(gòu)主導(dǎo)了相關(guān)領(lǐng)域的計(jì)劃制定與組織實(shí)施等。早在2002年,美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)便制定“量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”,并于2004年發(fā)布2.0版,給出量子計(jì)算發(fā)展的主要步驟和時(shí)間表。這也成為美國(guó)早在21世紀(jì)初期便已建立量子信息領(lǐng)域先發(fā)優(yōu)勢(shì)的重要原因。

近期的2007年,DARPA將量子科技作為核心技術(shù)基礎(chǔ)列入其戰(zhàn)略規(guī)劃[15],在2015年設(shè)定的戰(zhàn)略投資領(lǐng)域中,量子物理學(xué)成為DARPA的三大技術(shù)前沿之一[16]。DARPA希望通過(guò)快速推進(jìn)量子技術(shù),為導(dǎo)航、授時(shí)、生化探測(cè)、通信和信息處理、計(jì)量、電磁頻譜深度控制、電子戰(zhàn)以及其他應(yīng)用等帶來(lái)了新生力量。

2015年初,美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(Army Research Laboratory,ARL)發(fā)布《2015—2019年技術(shù)實(shí)施計(jì)劃》,提出2015—2030財(cái)年量子信息科學(xué)研發(fā)目標(biāo)與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)目標(biāo),這兩大目標(biāo)又分列近期(2015—2019年)、中期(2020—2025年)和遠(yuǎn)期(2026—2030年)目標(biāo)。從近期目標(biāo)來(lái)看,ARL聚焦量子網(wǎng)絡(luò)硬件與軟件基礎(chǔ),即物理架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,中期則是基于已實(shí)現(xiàn)的量子網(wǎng)絡(luò),進(jìn)一步提升糾纏速度、頻率轉(zhuǎn)換速率以及存儲(chǔ)時(shí)間等網(wǎng)絡(luò)性能,同時(shí)為了滿(mǎn)足可應(yīng)用的需求,在魯棒性(廣義的抗干擾能力)的提升上需要對(duì)新技術(shù)進(jìn)行探索。長(zhǎng)期目標(biāo)則是基于穩(wěn)定的量子系統(tǒng),探索量子信息的各類(lèi)應(yīng)用,特別是實(shí)現(xiàn)經(jīng)典系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。在相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施方面,計(jì)劃中近期將實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、制造設(shè)施、開(kāi)發(fā)工具與軟件等列為建設(shè)目標(biāo),同時(shí)要在2019年之前建成分布式量子信息中心。

3.2 歐盟

作為量子理論的發(fā)源地,歐洲希望通過(guò)量子技術(shù)旗艦計(jì)劃的實(shí)施,引領(lǐng)全球第二次量子革命。2016年3月,歐盟委員會(huì)發(fā)布《量子宣言(草案)》[17],呼吁建立10億歐元的量子技術(shù)旗艦計(jì)劃,意在培育形成具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的量子工業(yè),確保歐洲在未來(lái)全球產(chǎn)業(yè)藍(lán)圖中的領(lǐng)導(dǎo)地位。4月,歐盟正式宣布支持這一計(jì)劃,將其置于歐洲開(kāi)放科學(xué)云計(jì)劃(European Open Science Cloud,EOSC)之下,并于2018年啟動(dòng)。這是歐盟繼石墨烯旗艦計(jì)劃(Graphene Flagship)和人腦工程(Human Brain Project)之后,在科研領(lǐng)域又一次大規(guī)模、高強(qiáng)度發(fā)力,希望借此促進(jìn)包括安全通信網(wǎng)絡(luò)、通用量子計(jì)算機(jī)等在內(nèi)的多項(xiàng)量子技術(shù)的發(fā)展。量子技術(shù)旗艦計(jì)劃聚焦在量子通信、量子模擬器、量子傳感器和量子計(jì)算機(jī)這四個(gè)細(xì)分領(lǐng)域,分別開(kāi)展短期、中期和長(zhǎng)期研究。

計(jì)劃中將采取的重要行動(dòng)包括:一是為量子科技有關(guān)科學(xué)活動(dòng)的增長(zhǎng)提供支撐;二是為量子技術(shù)發(fā)展打造良好的技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)創(chuàng)新的生態(tài)系統(tǒng);三是推動(dòng)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的協(xié)同合作,實(shí)現(xiàn)量子技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)的高效轉(zhuǎn)移;四是聚焦科學(xué)、工程、商業(yè)及交叉領(lǐng)域,培養(yǎng)新一代量子技術(shù)專(zhuān)家與專(zhuān)業(yè)人才;五是協(xié)調(diào)整個(gè)歐洲在量子技術(shù)上的公共投入和公共政策;六是促進(jìn)目前沒(méi)有強(qiáng)大量子技術(shù)研究計(jì)劃(項(xiàng)目)的成員國(guó)加入。

3.3 英國(guó)

英國(guó)歷來(lái)十分重視量子科學(xué)的基礎(chǔ)研究,基于前期研究成果近年來(lái)正逐步向基礎(chǔ)研究和規(guī)模應(yīng)用并重轉(zhuǎn)變。2015年,英國(guó)先后發(fā)布《量子技術(shù)國(guó)家戰(zhàn)略》[18]和《英國(guó)量子技術(shù)路線(xiàn)圖》[19],將量子技術(shù)發(fā)展提升至影響未來(lái)國(guó)家創(chuàng)新力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要戰(zhàn)略地位,并通過(guò)科學(xué)的頂層設(shè)計(jì)引導(dǎo)未來(lái)20年的量子技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

《量子技術(shù)國(guó)家戰(zhàn)略》高度強(qiáng)調(diào)未來(lái)量子技術(shù)的重要性,確定了英國(guó)為發(fā)展量子技術(shù)應(yīng)開(kāi)展的五大工作重點(diǎn):一是打造堅(jiān)實(shí)的科研基礎(chǔ);二是推動(dòng)量子技術(shù)的應(yīng)用;三是培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)的量子技術(shù)人才;四是創(chuàng)造良好的社會(huì)和監(jiān)管環(huán)境;五是鼓勵(lì)和支持國(guó)際合作?!队?guó)量子技術(shù)路線(xiàn)圖》一方面展現(xiàn)了英國(guó)現(xiàn)有的量子技術(shù)布局,幫助企業(yè)明確可憑借其自身實(shí)力獲得收益的應(yīng)用領(lǐng)域,面向?qū)W術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和公共部門(mén)制定更廣泛的行動(dòng),以克服英國(guó)量子技術(shù)與產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展面臨的障礙;另一方面分析得到包括組件技術(shù)、原子鐘、量子傳感器、量子慣性傳感器、量子通信、量子增強(qiáng)影像和量子計(jì)算機(jī)在內(nèi)的每項(xiàng)量子技術(shù)可能商業(yè)化的時(shí)間,同時(shí)每項(xiàng)技術(shù)均有相應(yīng)的發(fā)展路線(xiàn)圖。

3.4 韓國(guó)

韓國(guó)的信息通信技術(shù),不論是在技術(shù)研發(fā),還是在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用與推廣方面,都走在全球的前列[20]。在量子技術(shù)方面,韓國(guó)集中精力聚焦在量子通信領(lǐng)域,并于2014年12月制訂發(fā)布了《量子信息通信中長(zhǎng)期推進(jìn)戰(zhàn)略》,計(jì)劃到2020年進(jìn)入全球量子通信領(lǐng)先國(guó)家行列。戰(zhàn)略確定了攻克核心技術(shù)、構(gòu)建商用化基礎(chǔ)和打造可持續(xù)發(fā)展能力的三大戰(zhàn)略。在推進(jìn)量子信息技術(shù)的研發(fā)及商業(yè)化方面,重點(diǎn)提高基于有線(xiàn)通信量子密鑰通信的技術(shù)成熟度,攻克量子計(jì)算機(jī)的核心關(guān)鍵技術(shù),開(kāi)發(fā)量子元部件。在構(gòu)建量子密鑰通信商用基礎(chǔ)方面,要建設(shè)量子密鑰通信試驗(yàn)網(wǎng),并建立通信可靠性提升的驗(yàn)證體系。

3.5 日本

日本郵政省自2001年開(kāi)始開(kāi)發(fā)量子通信技術(shù)[21],并將該技術(shù)作為國(guó)家級(jí)高技術(shù)研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃之一,10年內(nèi)投資約400億日元,采取產(chǎn)學(xué)官聯(lián)合攻關(guān)的方式推進(jìn)其研發(fā)。日本國(guó)家信息與通信技術(shù)研究院的量子信息通信項(xiàng)目始于同期,主要任務(wù)是為構(gòu)建無(wú)條件安全和超大容量通信基礎(chǔ)設(shè)施提供技術(shù)基礎(chǔ),而作為該項(xiàng)目的組成部分,Tokyo QKD網(wǎng)絡(luò)已于2010年10月正式建立[22]。

近期,日本政府提出以新一代量子通信技術(shù)為研究對(duì)象的長(zhǎng)期戰(zhàn)略[23],并計(jì)劃在2020—2030年建成絕對(duì)安全保密的高速量子通信網(wǎng),從而實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)應(yīng)用上質(zhì)的飛躍。日本國(guó)家信息通信技術(shù)研究院計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)量子中繼,到2040年建成極限容量、無(wú)條件安全的廣域光纖與自由空間量子通信網(wǎng)絡(luò)。

4 對(duì)中國(guó)的啟示

以學(xué)術(shù)論文和專(zhuān)利作為主要科研產(chǎn)出進(jìn)行的統(tǒng)計(jì)分析表明,在論文總量和專(zhuān)利總量上雖然中國(guó)與美國(guó)仍有一定的差距,然而從年代分布來(lái)看,中國(guó)在量子信息技術(shù)領(lǐng)域的SCI論文和專(zhuān)利均在2010年前后超越美國(guó),穩(wěn)居全球首位。另一方面,論文產(chǎn)出能否帶來(lái)等量的商品化以及產(chǎn)業(yè)化效果,如何提升專(zhuān)利授權(quán)率以及擴(kuò)大在全球的專(zhuān)利布局等,成為中國(guó)推進(jìn)量子信息技術(shù)研發(fā)及其應(yīng)用必須解決的重要問(wèn)題。

當(dāng)前,第二次量子革命時(shí)代已經(jīng)到來(lái),量子信息技術(shù)成為各國(guó)聚焦的重點(diǎn)領(lǐng)域,特別是近兩年,美國(guó)、日本、英國(guó)、韓國(guó)和歐盟相繼提出量子信息技術(shù)相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略或規(guī)劃等。中國(guó)早在2001年便在科技部“973”計(jì)劃和“863”計(jì)劃,國(guó)家自然科學(xué)基金以及中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目等對(duì)量子信息關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了前瞻性部署。這成為中國(guó)當(dāng)前在論文和專(zhuān)利產(chǎn)出數(shù)量上占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)的重要推動(dòng)力。

借鑒其他國(guó)家近期量子信息技術(shù)發(fā)展舉措經(jīng)驗(yàn),結(jié)合中國(guó)實(shí)施“量子通信與量子計(jì)算機(jī)”重大科技項(xiàng)目、“量子調(diào)控與量子信息”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)等的戰(zhàn)略需求,提出如下幾點(diǎn)啟示:

首先,加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì),制定并發(fā)布國(guó)家量子信息技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖??陀^(guān)梳理亟待攻克的量子信息關(guān)鍵技術(shù),科學(xué)研判量子信息各細(xì)分技術(shù)的商用化時(shí)間,結(jié)合國(guó)家已有的技術(shù)與應(yīng)用基礎(chǔ),制定國(guó)家量子信息技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖,形成在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等計(jì)劃中對(duì)量子信息技術(shù)提供資助的統(tǒng)籌指導(dǎo),實(shí)現(xiàn)對(duì)公共財(cái)政資金的合理配置。在制定技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖的同時(shí),注重量子信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)資源與條件的積累。

其次,多層次協(xié)同攻關(guān),推動(dòng)量子信息關(guān)鍵技術(shù)突破。一是跨學(xué)科協(xié)同攻關(guān),量子信息技術(shù)涉及物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科的知識(shí)、方法和思維方式,只有建立綜合性的系統(tǒng)框架,通過(guò)在跨學(xué)科合作關(guān)系網(wǎng)中融會(huì)不同領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí),才有利于推動(dòng)創(chuàng)新從量子基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)現(xiàn)向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化。二是產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān),將國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)龍頭企業(yè)以及清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等高校和研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合起來(lái),組織多部門(mén)協(xié)同創(chuàng)新,同時(shí)加強(qiáng)在全球的知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局及有效運(yùn)營(yíng)。

再次,提高公眾參與度,特別是充分發(fā)揮企業(yè)在量子信息技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)過(guò)程中的作用。量子技術(shù)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的充分實(shí)現(xiàn),離不開(kāi)社會(huì)的早期廣泛參與,在發(fā)展初期便吸引眾多不同領(lǐng)域的利益相關(guān)者參與進(jìn)來(lái),不僅有助于推進(jìn)創(chuàng)新,同時(shí)還可確保其商業(yè)活力,并有利于創(chuàng)建有效的監(jiān)管、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制等。尤其是中國(guó)大力鼓勵(lì)大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新的當(dāng)前,幫助不同層次的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)主體——企業(yè)明確技術(shù)挑戰(zhàn)和潛在的市場(chǎng)價(jià)值等,通過(guò)設(shè)置示范類(lèi)項(xiàng)目或工程,支持新技術(shù)的早期投資者,以激發(fā)某些投資者盡快脫穎而出。

最后,加快突破量子通信和量子計(jì)算機(jī)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究,在量子信息全球發(fā)展中贏得國(guó)際供應(yīng)鏈的認(rèn)同。建立與國(guó)際接軌的國(guó)內(nèi)技術(shù)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系,加強(qiáng)國(guó)際交流合作,積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)協(xié)議的制定,特別是在可能的量子計(jì)算機(jī)新型架構(gòu)等領(lǐng)域盡早獲得國(guó)際話(huà)語(yǔ)權(quán)。

[1]BENNETT C H,DIVINCENZO D P.Quantum information and computation[J].Nature,2000,404(6775):247-255.

[2]STEANE A.Quantum computing[J].Report on progress in report on progress in physics,1998,61(2):117-173.

[3]NIELSEN M A,CHUANG I L.Quantum Computation and Quantum Information[M].Cambridge:Cambridge University Press,2000.

[4]工業(yè)和信息化部電子科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所.美國(guó)成功研發(fā)出量子傳感器和成像技術(shù)[EB/OL].2016-05-09[2016-07-22].http://www.dsti.net/Information/News/99590

[5]BARZANJEH S,GUHA S,WEEDBROOK C,VITALI D,SHAPIRO JH,PIRANDOLA S.Microwave quantum illumination[J].Physical review letters,2015,114(8):080503-1-5

[6]中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部.國(guó)際科學(xué)技術(shù)發(fā)展報(bào)告2016[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2016.

[7]李芳.美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室量子成像取得新進(jìn)展[EB/OL].2014-01-09[2016-07-18].http://www.dsti.net/Information/News/86503.

[8]丁佳.多自由度量子體系隱形傳態(tài)首次實(shí)現(xiàn)[N].中國(guó)科學(xué)報(bào),2015-03-09(1).

[9]Google.Latest Results from Google for D-Wave 2X[EB/OL].2015-12-08[2016-07-18].http://www.dwavesys.com/blog/2015/12/latest-results-google-d-wave-2x.

[10]FEYNMAN B R P.Simulating physics with computers[J].International journal of theoretical physics,1982,21(6-7):467-488.

[11]周正威,涂濤,龔明,等.量子計(jì)算的進(jìn)展和展望[J].物理學(xué)進(jìn)展,2009,29(02):127-165.

[12]郭光燦,郭濤.量子信息講座 第六講 量子隱形傳態(tài)[J].物理,1999,28(02):120-126.

[13]BENNETT C H,DIVINCENZO D P.Towards an engineering era?[J].Nature,1995,377(6548):389-390.

[14]BENNETT C H,DIVINCENZO D P.Quantum information and computation[J].Nature,2000,404(6775):247-255.

[15]鄒佳同.美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局公布新版戰(zhàn)略規(guī)劃——揭示八大戰(zhàn)略重點(diǎn)領(lǐng)域九大核心基礎(chǔ)技術(shù)[J].現(xiàn)代軍事,2007(8):17-21.

[16]Defense Advanced Research Projects Agency.Breakthrough technologies for national security[R].Arlington:Defense Advanced Research Projects Agency,2015.

[17]European Union.Quantum Manifesto:A New Era of Technology[Z].2016.

[18]Quantum Technologies Strategic Advisory Board.National strategy for quantum technologies[R].London:Innovate UK and the Engineering and Physical Sciences Research Council,2015.

[19]Quantum Technologies Strategic Advisory Board.A roadmap for quantum technologies in the UK[R].London:Innovate UK and the Engineering and Physical Sciences Research Council,2015.

[20]高芳,趙志耘,趙珂歆,等.韓國(guó)ICT研發(fā)中長(zhǎng)期戰(zhàn)略(2013—2017)解讀[J].科技管理研究,2015(6):30-34.

[21]佚名.日本制定開(kāi)發(fā)“量子通信技術(shù)”計(jì)劃[J].世界科技研究與發(fā)展,2000,22(4):105.

[22]周靜,張睿汭,雷煜卿,等.日本量子信息通信技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[C].電力通信管理暨智能電網(wǎng)通信技術(shù)論壇,2013,131-135.

[23]宗禾.世界各國(guó)爭(zhēng)奪量子信息技術(shù)制高點(diǎn)[EB/OL].2016-08-20[2016-09-1].http://news.xinhuanet.com/info/2016-08/20/c_135614380.htm.

(責(zé)任編輯 劉傳忠)

The Latest Development of Global Quantum Information Technology and Its Implications to China

Gao Fang,Xu Feng

(Institute of Scientific and Technological Information of China,Beijing 100038,China)

Recently,quantum information technology becomes a hot topic.The global competition is revealed based on statistical analysis of SCI papers and Innography patent data.The important initiatives of the United States,European Union,Britain,South Korea and Japan for promoting the development of the quantum information technology are summarized.It is concluded that China has built some certain competitive advantages in the quantum information technology after 2010.Some suggestions are put forward such as developing the technology roadmap,solving key technologies by multilevel cooperation,playing the leading role of the enterprise and strengthing international cooperation for making international standards,etc.

Quantum information technology;Quantum communication;Quantum computer;Technology roadmap;Literature analysis

科學(xué)技術(shù)部科技創(chuàng)新戰(zhàn)略研究專(zhuān)項(xiàng)(ZLY2015153),國(guó)家科技圖書(shū)文獻(xiàn)中心重大專(zhuān)項(xiàng)服務(wù)項(xiàng)目(2015XM55)。

2016-09-07

高芳(1980-),副研究員,工學(xué)博士,情報(bào)學(xué)博士后;研究方向:科技政策、重點(diǎn)科技領(lǐng)域信息分析。

G321

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