彭云峰

摘要：隨著量子信息技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)前世界各國加速了在量子信息技術(shù)領(lǐng)域的研究和競爭，搶占量子科技的制高點(diǎn)，凸顯了推動量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性。闡述了世界主要國家和地區(qū)量子信息技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化的有關(guān)情況，分析了我國在量子信息技術(shù)領(lǐng)域取得的突破性成就，下一步我國在發(fā)展量子信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)方面仍需克服的挑戰(zhàn)，并提出了有關(guān)工作建議，為推動我國量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：量子信息；量子通信；量子計算；量子科技

一、前言

量子信息科技集合了量子力學(xué)和信息理論的概念，它的興起會極大地改變未來計算機(jī)、通信、傳感和測量等諸多領(lǐng)域的面貌，可能引發(fā)“第二次量子革命”[1]。隨著量子信息技術(shù)的快速發(fā)展，歐美等國紛紛加強(qiáng)布局，搶占量子科技的制高點(diǎn)。2021年7月28日，27個歐盟成員國簽署《歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施宣言》，建設(shè)覆蓋全歐的天基和地面量子通信網(wǎng)絡(luò)，以保障歐盟成員國之間的敏感通信和數(shù)據(jù)。這是繼中美相繼實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”之后，世界各國加速了在量子信息技術(shù)領(lǐng)域的研究和競爭，也凸顯了推動量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性。

二、世界主要國家和地區(qū)量子信息技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)布局情況

量子信息科學(xué)是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的必爭領(lǐng)域之一，歐美等國進(jìn)一步加大量子信息技術(shù)發(fā)展投入，通過出臺政策文件、成立研究機(jī)構(gòu)等方式，促進(jìn)量子信息技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2020年7月，美國能源部公布將打造量子互聯(lián)網(wǎng)，與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)并行。2020年8月，美國宣布斥資9.65億美元建立下一代量子科學(xué)與工程、超導(dǎo)量子材料和系統(tǒng)中心、量子優(yōu)勢聯(lián)合設(shè)計中心、量子系統(tǒng)加速器以及量子科學(xué)中心5個量子信息科學(xué)中心。2022年12月，美國Q-NEXT國家量子信息科學(xué)研究中心發(fā)布了《量子互連路線圖》，指出量子互連在量子計算、通信和傳感技術(shù)中的作用，以期促進(jìn)量子信息技術(shù)在電信、能源、金融服務(wù)、制藥和物流運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的應(yīng)用。

2018年10月，歐盟啟動了預(yù)算為10億歐元的歐洲量子技術(shù)旗艦計劃，該計劃將歷時十年，涉及量子通信、量子計算、量子模擬以及量子傳感和計量4個領(lǐng)域，為歐洲量子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了戰(zhàn)略基礎(chǔ)。2020年5月，歐盟發(fā)布《戰(zhàn)略研究議程（SRA）》報告，推動建設(shè)歐洲的量子通信網(wǎng)絡(luò)[2]。

2014年，英國開始實(shí)施國家量子技術(shù)計劃，制定了未來五年的量子科技發(fā)展計劃，并在計劃期內(nèi)建成了量子通信、量子傳感、量子成像和量子計算四大研發(fā)中心；2018年，在原來計劃的基礎(chǔ)上，英國制定了新的量子科技發(fā)展五年計劃，計劃投資數(shù)億英鎊，建設(shè)英國國家量子計算中心和四個量子技術(shù)中心。2020年7月，英國國防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗室發(fā)布研究報告，認(rèn)為未來5年——10年內(nèi)，量子信息處理不僅能在防務(wù)體系中得到推廣應(yīng)用，還能廣泛應(yīng)用于金融交易、控制系統(tǒng)、傳感器數(shù)據(jù)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能場景理解等多個領(lǐng)域[3]。

2022年1月，德國啟動了歐洲首臺超5000量子位元的量子計算機(jī)，用于處理優(yōu)化和采樣問題，是歐洲量子計算機(jī)發(fā)展的一個重要里程碑[4]。

美國、歐盟和歐洲主要國家在量子科技領(lǐng)域內(nèi)的積極布局，以及2021年7月28日歐盟成員國簽署的《歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施宣言》，將進(jìn)一步加速形成中、美、歐“三足鼎立”的新格局。

三、我國持續(xù)加大量子信息技術(shù)創(chuàng)新投入并在部分領(lǐng)域取得突破

國家“十四五”規(guī)劃提出，瞄準(zhǔn)人工智能、量子信息等前沿領(lǐng)域，實(shí)施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項目，在量子信息等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域“謀劃布局一批未來產(chǎn)業(yè)”。黨的二十大報告將量子信息等領(lǐng)域取得重大成果作為我國進(jìn)入創(chuàng)新型國家行列的標(biāo)志。近些年，我國還相繼出臺了《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》《科技軍民融合專項規(guī)劃》等十余項政策。在國家的長期支持下，我國在量子科技領(lǐng)域整體處于世界前列，在部分研究方向上已處于領(lǐng)跑。

（1）在量子通信領(lǐng)域。2016年8月，中國墨子號量子衛(wèi)星發(fā)射升空，進(jìn)入預(yù)定軌道，該衛(wèi)星是中國研制的首顆空間量子科學(xué)實(shí)驗衛(wèi)星，2022年5月，中國墨子號衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)1200千米地表量子態(tài)傳輸新紀(jì)錄 。2017年9月29日，全長2000余公里的量子保密通信干線“京滬干線”正式開通運(yùn)行，該干線連接北京、濟(jì)南、合肥、上海等多個城市，并可通過北京接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與中國墨子號量子衛(wèi)星的連接。這兩大實(shí)驗工程的成功實(shí)施，標(biāo)志著我國已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位。

（2）在量子計算領(lǐng)域。國內(nèi)多個高校團(tuán)隊正在超導(dǎo)、半導(dǎo)等量子計算研究方向全面跟進(jìn)，2020年12月，76個光子的量子計算機(jī)“九章”問世，這是我國實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”里程碑的標(biāo)志。2021年10月，113個光子的量子計算機(jī)“九章二號”問世，并實(shí)現(xiàn)了相位可編程功能，可用于求解不同參數(shù)數(shù)學(xué)問題的編程能力。

（3）在量子應(yīng)用領(lǐng)域。國家有關(guān)單位對接聯(lián)合有關(guān)高校團(tuán)隊和產(chǎn)業(yè)力量，推進(jìn)“量子+電子政務(wù)”的應(yīng)用探索。

四、量子信息以技術(shù)創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展仍需克服諸多挑戰(zhàn)

雖然目前量子信息技術(shù)及產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期，但深刻影響社會與人們生活的新一次產(chǎn)業(yè)革命已經(jīng)到來。為了搶抓這一重大歷史機(jī)遇，我國在發(fā)展量子信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)方面需要克服諸多挑戰(zhàn)[5-7]。

（1）需要解決關(guān)鍵元器件“卡脖子”的問題。我國在量子信息基礎(chǔ)性科研方面存在諸多短板，部分關(guān)鍵元器件仍然依賴進(jìn)口。隨著國際競爭形勢的進(jìn)一步激烈，在產(chǎn)業(yè)鏈上游被“卡脖子”的問題將日益突出。

（2）需要解決基礎(chǔ)科研人才不足的問題。我國在量子信息技術(shù)領(lǐng)域的投入時間較短，科技人才隊伍結(jié)構(gòu)失衡，尤其是物理、材料等基礎(chǔ)科研人才不足。隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)型人才需求不斷提升，對基礎(chǔ)科研人才的占用影響日益嚴(yán)重。

（3）需要解決國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系話語權(quán)的問題。在新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，獲得標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定的主導(dǎo)權(quán)決定了國家所處的產(chǎn)業(yè)生態(tài)位。目前ITU、ETSI等國際標(biāo)準(zhǔn)組織都在開展量子信息領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，搶占標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范話語權(quán)的競爭日趨白熱化。

（4）需要解決前沿技術(shù)應(yīng)用初期政府扶持的問題。量子信息技術(shù)創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，但變革性新技術(shù)的應(yīng)用在初期通常面臨使用成本、用戶體驗、市場空間、產(chǎn)業(yè)支撐等難題，完全依靠市場化模式不利于快速培育有國際競爭力的產(chǎn)業(yè)實(shí)體。

五、結(jié)語

目前量子信息各技術(shù)方向中，量子通信技術(shù)已率先進(jìn)入實(shí)用化，通過與國產(chǎn)自主密碼技術(shù)、5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等結(jié)合，在政務(wù)、金融、交通等行業(yè)具備廣闊的應(yīng)用前景。為了推動量子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，建議在基礎(chǔ)科研、人才培養(yǎng)、制度規(guī)范、應(yīng)用試點(diǎn)等方面加快推進(jìn)相關(guān)工作[8-9]。

（1）加強(qiáng)基礎(chǔ)元器件研發(fā)與產(chǎn)業(yè)培育。一方面依托國家實(shí)驗室，集中資源加強(qiáng)科研投入，提升國產(chǎn)自主化水平。另一方面對采用國產(chǎn)自主元器件的量子通信產(chǎn)品給予扶持，完善產(chǎn)業(yè)鏈，并發(fā)揮產(chǎn)業(yè)對技術(shù)創(chuàng)新的反哺作用，逐步解決基礎(chǔ)科研“卡脖子”難題。

（2）加強(qiáng)“金字塔”型人才隊伍培養(yǎng)。一方面擴(kuò)大基礎(chǔ)型人才的培養(yǎng)范圍，通過建立量子通信專業(yè)的教學(xué)體系培養(yǎng)量子物理、量子密碼等基礎(chǔ)科研人員，通過校企合辦產(chǎn)業(yè)學(xué)院等形式培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)人才。另一方面加大高端人才的激勵力度，從產(chǎn)研兩端入手，培養(yǎng)頂級科學(xué)家與產(chǎn)業(yè)帶頭人。

（3）加強(qiáng)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面的內(nèi)部支撐。充分發(fā)揮我國在量子通信標(biāo)準(zhǔn)方面的先發(fā)優(yōu)勢，統(tǒng)籌高校與企業(yè)資源，加快行業(yè)規(guī)范、國家標(biāo)準(zhǔn)的制定，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施落地，為國際標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)權(quán)爭奪提供有力支撐。

（4）加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用初期的調(diào)控與扶持。一方面建立市場準(zhǔn)入制度，集中資源培養(yǎng)一批“獨(dú)角獸”企業(yè)做大做強(qiáng)，為國際競爭做準(zhǔn)備。另一方面從中央到地方加大產(chǎn)業(yè)扶持力度，鼓勵在電子政務(wù)、金融、國防、保密等領(lǐng)域規(guī)?；圏c(diǎn)示范，“邊用邊改，以用促改”，通過應(yīng)用挖掘需求，利用需求牽引研發(fā)，最終形成產(chǎn)研協(xié)同、迭代演進(jìn)的良性產(chǎn)業(yè)生態(tài)。H

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