分析丨搶占量子戰(zhàn)略高地，各國(guó)都在想什么？

作者 | 方文三

量子科技作為新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的尖端領(lǐng)域，已成為各大國(guó)科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

現(xiàn)如今，各國(guó)紛紛緊抓技術(shù)變革之機(jī)，加速量子科技研究進(jìn)程，強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略部署，并加大資金投入力度。

量子科技的三大核心應(yīng)用領(lǐng)域

量子科技的核心領(lǐng)域包括量子通信、量子計(jì)算以及量子傳感與測(cè)量。

①在量子通信領(lǐng)域：第一代應(yīng)用[量子密鑰分發(fā)]（QKD）已在我國(guó)、歐洲、日本等地實(shí)現(xiàn)小規(guī)模商用實(shí)例，但其商業(yè)與軍事應(yīng)用的安全性與效率仍有待提高。

當(dāng)前，第二代量子通信應(yīng)用[量子傳態(tài)]尚處于研發(fā)階段，旨在構(gòu)建[量子互聯(lián)網(wǎng)]，將各類終端設(shè)備整合，預(yù)計(jì)需十年時(shí)間實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

采用量子力學(xué)相關(guān)原理來解決信息安全問題的通信技術(shù)，為信息安全傳輸提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

②在量子計(jì)算領(lǐng)域：以量子比特替代電子比特，針對(duì)特定大規(guī)模計(jì)算問題進(jìn)行超速計(jì)算。目前，量子計(jì)算機(jī)在歐洲和美國(guó)已實(shí)現(xiàn)初步商業(yè)化應(yīng)用。

隨著技術(shù)持續(xù)發(fā)展，未來十年，量子計(jì)算機(jī)有望廣泛應(yīng)用于人工智能、自動(dòng)駕駛、保密通信、生物化學(xué)及材料科學(xué)等領(lǐng)域。

量子計(jì)算堪稱新一輪量子革命之翹楚，擔(dān)負(fù)著引領(lǐng)未來計(jì)算技術(shù)發(fā)展的重任。

③在量子傳感和精密測(cè)量領(lǐng)域：利用量子力學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間、加速度、電磁場(chǎng)、重力場(chǎng)等超高精度測(cè)量。

在民用和軍事領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，商業(yè)化與軍事化應(yīng)用有望在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

北約：深入經(jīng)濟(jì)、安全和國(guó)防領(lǐng)域

為了確保北約能夠?qū)崿F(xiàn)[量子做好準(zhǔn)備]的目標(biāo)，北約于去年11月批準(zhǔn)了北約首個(gè)量子戰(zhàn)略目標(biāo)。

今年1月，北約公布了該戰(zhàn)略的摘要。摘要強(qiáng)調(diào)，量子技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)經(jīng)濟(jì)、安全和國(guó)防領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，涉及傳感、成像、導(dǎo)航、通信、計(jì)算等多個(gè)方面。

面對(duì)這一挑戰(zhàn)，北約制定了首個(gè)量子戰(zhàn)略，旨在確保聯(lián)盟在量子領(lǐng)域保持領(lǐng)先地位。

北約及其盟國(guó)將合作發(fā)展安全、有彈性和具有競(jìng)爭(zhēng)力的量子生態(tài)系統(tǒng)，提高互操作性、保持技術(shù)優(yōu)勢(shì)、加強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知、防范量子攻擊。

此外，北約將通過DIANA計(jì)劃和創(chuàng)新基金支持初創(chuàng)企業(yè)，尤其是量子領(lǐng)域企業(yè)，以提升北約在量子技術(shù)戰(zhàn)略方面的實(shí)施能力。

北約創(chuàng)新基金是一家由23個(gè)北約盟國(guó)支持的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)投資公司，計(jì)劃向包括量子企業(yè)在內(nèi)的先進(jìn)科技驅(qū)動(dòng)型企業(yè)投資10億歐元。

英國(guó)：確定量子技術(shù)為未來關(guān)鍵技術(shù)之一

英國(guó)《國(guó)家量子戰(zhàn)略》于去年3月發(fā)布，承諾自今年起的10年內(nèi)，再投入25億英鎊用于推動(dòng)英國(guó)量子技術(shù)發(fā)展。

量子技術(shù)已確定為英國(guó)未來力爭(zhēng)全球領(lǐng)先地位的五大關(guān)鍵技術(shù)之一，將使傳感、計(jì)時(shí)、成像和通信等領(lǐng)域達(dá)到新的高度。

今年的主要投資包括：

①1億英鎊繼續(xù)開發(fā)現(xiàn)有計(jì)算、通信、傳感、成像和授時(shí)應(yīng)用。

②7000萬英鎊開發(fā)量子計(jì)算和定位、導(dǎo)航、授時(shí)（PNT）關(guān)鍵技術(shù)。

③2000萬英鎊用于加速活動(dòng)，進(jìn)行量子網(wǎng)絡(luò)協(xié)作研發(fā)。

政府2.5億英鎊技術(shù)任務(wù)基金中7000萬英鎊量子任務(wù)：

①加速量子技術(shù)在PNT中的彈性能力，到2025年在傳統(tǒng)衛(wèi)星拒止環(huán)境中展示成熟原理驗(yàn)證樣機(jī)。

②開發(fā)量子計(jì)算試驗(yàn)臺(tái)，支持2025年英國(guó)量子計(jì)算部門發(fā)展。

加拿大：力爭(zhēng)新量子傳感技術(shù)的早期采用者

去年1月加拿大宣布啟動(dòng)《國(guó)家量子戰(zhàn)略》。該戰(zhàn)略致力于實(shí)現(xiàn)加拿大量子技術(shù)的未來愿景，同時(shí)助力創(chuàng)造數(shù)千個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。

加拿大政府表示，國(guó)家量子戰(zhàn)略圍繞關(guān)鍵量子技術(shù)領(lǐng)域的三個(gè)核心任務(wù)展開：

①致力于使加拿大在持續(xù)開發(fā)、部署和使用這些技術(shù)方面成為世界領(lǐng)先者。

②為加拿大配備國(guó)家安全量子通信網(wǎng)絡(luò)和后量子密碼能力。

③傳感器，支持加拿大開發(fā)人員和新量子傳感技術(shù)的早期采用者。

為實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)，國(guó)家量子戰(zhàn)略將對(duì)以下支柱進(jìn)行投資：

①投入1.41億加元支持基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，以實(shí)現(xiàn)新的解決方案和創(chuàng)新。

②投入1.69億加元將研究成果轉(zhuǎn)化為具有擴(kuò)展?jié)摿Φ纳虡I(yè)產(chǎn)品和服務(wù)。

印度：布局中規(guī)模量子計(jì)算機(jī)與量子通信

去年4月，印度內(nèi)閣宣布在去年至2030年期間，將投入超過600億盧比（約合50億人民幣）支持《國(guó)家量子任務(wù)》。

該任務(wù)旨在推動(dòng)量子科技研究及工業(yè)應(yīng)用發(fā)展，使我國(guó)在全球量子技術(shù)領(lǐng)域居于領(lǐng)導(dǎo)地位，同時(shí)助力數(shù)字印度、印度制造、技能印度和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)等國(guó)家戰(zhàn)略。

核心任務(wù)如下：①在未來8年內(nèi)研發(fā)具有50-1000個(gè)量子比特的中規(guī)模量子計(jì)算機(jī)。

②計(jì)劃建立衛(wèi)星與印度境內(nèi)地面站的安全量子通信，并與其他國(guó)家實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全量子通信。

③實(shí)現(xiàn)超過2000公里的城際量子密鑰分發(fā)，同時(shí)部署具有量子存儲(chǔ)的多節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)。

澳大利亞：發(fā)展必要的量子基礎(chǔ)設(shè)施和材料

去年5月，澳大利亞政府公布了一份名為《國(guó)家量子戰(zhàn)略》的文件，這是該國(guó)首份此類戰(zhàn)略。

其目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)繁榮且可靠的量子生態(tài)系統(tǒng)，將澳大利亞打造為全球量子技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，為未來強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)和就業(yè)機(jī)會(huì)奠定基礎(chǔ)。

總共分為五個(gè)主題：①支持量子技術(shù)的研發(fā)與商業(yè)應(yīng)用②發(fā)展必要的量子基礎(chǔ)設(shè)施和材料③培育專業(yè)且持續(xù)增長(zhǎng)的量子人才④制定符合國(guó)家利益的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和框架⑤構(gòu)建可靠且包容的量子生態(tài)系統(tǒng)。

針對(duì)每個(gè)主題，戰(zhàn)略規(guī)劃了超過七年的行動(dòng)方案，主要集中在可以實(shí)施和促進(jìn)的協(xié)調(diào)與合作行動(dòng)，以確保量子產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

中國(guó)：圍繞量子技術(shù)研發(fā)、突破和產(chǎn)品研制

根據(jù)我國(guó)《[十四五]規(guī)劃綱要和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，[十四五]期間，我國(guó)量子信息領(lǐng)域的科技攻關(guān)任務(wù)將圍繞量子通信技術(shù)研發(fā)、量子測(cè)量技術(shù)突破和量子計(jì)算的產(chǎn)品研制展開。

當(dāng)前，國(guó)家層面的量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃尚未出臺(tái)。參考中國(guó)信通院對(duì)量子信息領(lǐng)域的發(fā)展定位及應(yīng)用前景，[十四五]期間，我國(guó)量子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)各有不同、各有側(cè)重。

其中，量子計(jì)算側(cè)重于突破經(jīng)典計(jì)算極限的算力飛躍；量子通信技術(shù)側(cè)重于服務(wù)經(jīng)典通信加密；量子測(cè)量注重實(shí)現(xiàn)物理量測(cè)量和信息獲取的精度、分辨率、穩(wěn)定度等。

目前我國(guó)在量子信息技術(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)和系統(tǒng)研發(fā)方面取得了顯著進(jìn)展，已躋身全球領(lǐng)先行列，與美歐等國(guó)并駕齊驅(qū)。

我國(guó)在成果發(fā)布和生態(tài)建設(shè)方面尚顯不足

如今，包括IBM、谷歌在內(nèi)的多家公司已為量子計(jì)算通用機(jī)的發(fā)展制定了發(fā)展路線圖。同時(shí)，海外的量子初創(chuàng)企業(yè)也表現(xiàn)出強(qiáng)勁的實(shí)力。

圖靈量子創(chuàng)始人金賢敏指出，量子計(jì)算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)主要集中在中美兩國(guó)。

美國(guó)量子計(jì)算公司的優(yōu)勢(shì)在于起步早、產(chǎn)業(yè)化程度高，且得到了投資界的巨額資金支持。

我國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域面臨的國(guó)內(nèi)外競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)嚴(yán)峻，尤其在生態(tài)方面的落后更為令人擔(dān)憂。

例如，IBM引領(lǐng)了140多家公司成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同研發(fā)和應(yīng)用量子計(jì)算機(jī)。

此外，谷歌、微軟、亞馬遜等公司也從不同角度投資、收購或合并了一些小型量子計(jì)算生態(tài)企業(yè)，大力推廣各自的語言、操作系統(tǒng)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用。

與此同時(shí)，英特爾、英偉達(dá)等公司通過集成量子處理單元與CPU、GPU等方式，介入量子計(jì)算領(lǐng)域。

相較之下，我國(guó)的科技巨頭如華為、阿里、騰訊、百度等，雖然在2017-2018年宣布組建量子技術(shù)團(tuán)隊(duì)并投入研發(fā)資金，但在成果發(fā)布和生態(tài)建設(shè)方面尚顯不足。

然而，當(dāng)前我國(guó)量子計(jì)算領(lǐng)域存在[三多三少]的現(xiàn)象：論文較多，樣機(jī)較少；融資較多，產(chǎn)品較少；路線較多，聚焦較少。

量子通信為量子信息專利技術(shù)布局重點(diǎn)

觀察量子信息專利技術(shù)申請(qǐng)的狀況，量子通信領(lǐng)域的專利申請(qǐng)表現(xiàn)出較高的活躍度，總計(jì)達(dá)到57726項(xiàng)，涉及26064個(gè)申請(qǐng)人。

在技術(shù)跨度的方面，量子通信和量子測(cè)量領(lǐng)域的專利申請(qǐng)技術(shù)范圍分別涵蓋246個(gè)和252個(gè)國(guó)際專利分類（IPC）小類。

此外，從技術(shù)市場(chǎng)的覆蓋廣度來看，量子通信專利技術(shù)已覆蓋70個(gè)以上國(guó)家和地區(qū)，而量子計(jì)算和量子測(cè)量技術(shù)也分別覆蓋了40個(gè)以上國(guó)家和地區(qū)。

這些數(shù)據(jù)表明，這些技術(shù)在全球范圍內(nèi)受到了廣泛的關(guān)注和研究。

從專利的地域分布角度分析，量子計(jì)算、量子通信以及量子測(cè)量技術(shù)的專利前三來源國(guó)為中國(guó)、美國(guó)和日本。

這明確地顯示出這三個(gè)國(guó)家在量子信息領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新具有顯著活力。

另外，從專利申請(qǐng)人的國(guó)別分布來看，量子計(jì)算、量子通信以及量子測(cè)量的前十大申請(qǐng)人中，中國(guó)、美國(guó)和日本的企業(yè)占據(jù)了相當(dāng)大的比例。

量子企業(yè)重點(diǎn)研發(fā)布局方向

在量子產(chǎn)業(yè)細(xì)分領(lǐng)域視角下，量子計(jì)算芯片成為當(dāng)前量子計(jì)算領(lǐng)域市場(chǎng)潛力最大的研究方向之一。

截至去年，研究超導(dǎo)量子路線的企業(yè)占比達(dá)到50%，光量子路線和離子阱量子計(jì)算企業(yè)分別占比25%。

此外，量子通信與安全領(lǐng)域企業(yè)數(shù)量較多，其中89%的業(yè)務(wù)涉及量子保密通信，11%涉及抗量子密碼（PQC）。

在全球范圍內(nèi)，量子信息技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)投資量子軟件、量子硬件等細(xì)分技術(shù)領(lǐng)域，投資額占比分別為22.53%、18.21%。

此外，Enabling technologies、量子計(jì)算、量子通信等也成為關(guān)注重點(diǎn)。

結(jié)尾：

計(jì)算技術(shù)與算力，猶如土地對(duì)于農(nóng)耕時(shí)代、石油對(duì)于內(nèi)燃機(jī)時(shí)代，未來的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中，算力之爭(zhēng)勢(shì)必成為關(guān)鍵所在，而量子計(jì)算則有望成為核心資源。

部分資料參考：

廣州粵港澳大灣區(qū)研究院：《各國(guó)搶占量子科技制高點(diǎn)》，胖福的小木屋：《中國(guó)量子計(jì)算機(jī)全球開放，美日韓緊急追加合作》，光子盒：《北約創(chuàng)建首個(gè)量子戰(zhàn)略：[備戰(zhàn)]未來科技巔峰》，戰(zhàn)略前沿技術(shù)：《量子技術(shù)：未來戰(zhàn)爭(zhēng)的前沿力量》，世界科技研究與發(fā)展：《美國(guó)量子研發(fā)布局對(duì)我國(guó)的啟示》，中國(guó)科學(xué)報(bào)：《強(qiáng)敵環(huán)伺、中美競(jìng)爭(zhēng)：[量子計(jì)算不是開玩笑！]》，DeepTech深科技：《沒有量子技術(shù)，就無法進(jìn)行全面的太空研究》