分析丨搶占量子戰(zhàn)略高地，各國都在想什么？

作者 | 方文三

量子科技作為新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的尖端領域，已成為各大國科技競爭的焦點。

現(xiàn)如今，各國紛紛緊抓技術變革之機，加速量子科技研究進程，強化產(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用領域

量子科技的核心領域包括量子通信、量子計算以及量子傳感與測量。

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

當前，第二代量子通信應用[量子傳態(tài)]尚處于研發(fā)階段，旨在構建[量子互聯(lián)網(wǎng)]，將各類終端設備整合，預計需十年時間實現(xiàn)商業(yè)化。

采用量子力學相關原理來解決信息安全問題的通信技術，為信息安全傳輸提供了堅實的保障。

②在量子計算領域：以量子比特替代電子比特，針對特定大規(guī)模計算問題進行超速計算。目前，量子計算機在歐洲和美國已實現(xiàn)初步商業(yè)化應用。

隨著技術持續(xù)發(fā)展，未來十年，量子計算機有望廣泛應用于人工智能、自動駕駛、保密通信、生物化學及材料科學等領域。

量子計算堪稱新一輪量子革命之翹楚，擔負著引領未來計算技術發(fā)展的重任。

③在量子傳感和精密測量領域：利用量子力學原理，實現(xiàn)對時間、加速度、電磁場、重力場等超高精度測量。

在民用和軍事領域具有廣泛應用前景，商業(yè)化與軍事化應用有望在短期內實現(xiàn)。

北約：深入經(jīng)濟、安全和國防領域

為了確保北約能夠實現(xiàn)[量子做好準備]的目標，北約于去年11月批準了北約首個量子戰(zhàn)略目標。

今年1月，北約公布了該戰(zhàn)略的摘要。摘要強調，量子技術的飛速發(fā)展對經(jīng)濟、安全和國防領域產(chǎn)生了深遠影響，涉及傳感、成像、導航、通信、計算等多個方面。

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

北約及其盟國將合作發(fā)展安全、有彈性和具有競爭力的量子生態(tài)系統(tǒng)，提高互操作性、保持技術優(yōu)勢、加強態(tài)勢感知、防范量子攻擊。

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

北約創(chuàng)新基金是一家由23個北約盟國支持的獨立風險投資公司，計劃向包括量子企業(yè)在內的先進科技驅動型企業(yè)投資10億歐元。

英國：確定量子技術為未來關鍵技術之一

英國《國家量子戰(zhàn)略》于去年3月發(fā)布，承諾自今年起的10年內，再投入25億英鎊用于推動英國量子技術發(fā)展。

量子技術已確定為英國未來力爭全球領先地位的五大關鍵技術之一，將使傳感、計時、成像和通信等領域達到新的高度。

今年的主要投資包括：

①1億英鎊繼續(xù)開發(fā)現(xiàn)有計算、通信、傳感、成像和授時應用。

②7000萬英鎊開發(fā)量子計算和定位、導航、授時（PNT）關鍵技術。

③2000萬英鎊用于加速活動，進行量子網(wǎng)絡協(xié)作研發(fā)。

政府2.5億英鎊技術任務基金中7000萬英鎊量子任務：

①加速量子技術在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證樣機。

②開發(fā)量子計算試驗臺，支持2025年英國量子計算部門發(fā)展。

加拿大：力爭新量子傳感技術的早期采用者

去年1月加拿大宣布啟動《國家量子戰(zhàn)略》。該戰(zhàn)略致力于實現(xiàn)加拿大量子技術的未來愿景，同時助力創(chuàng)造數(shù)千個就業(yè)機會。

加拿大政府表示，國家量子戰(zhàn)略圍繞關鍵量子技術領域的三個核心任務展開：

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

②為加拿大配備國家安全量子通信網(wǎng)絡和后量子密碼能力。

③傳感器，支持加拿大開發(fā)人員和新量子傳感技術的早期采用者。

為實現(xiàn)這些任務，國家量子戰(zhàn)略將對以下支柱進行投資：

①投入1.41億加元支持基礎和應用研究，以實現(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化為具有擴展?jié)摿Φ纳虡I(yè)產(chǎn)品和服務。

印度：布局中規(guī)模量子計算機與量子通信

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

該任務旨在推動量子科技研究及工業(yè)應用發(fā)展，使我國在全球量子技術領域居于領導地位，同時助力數(shù)字印度、印度制造、技能印度和可持續(xù)發(fā)展目標等國家戰(zhàn)略。

核心任務如下：①在未來8年內研發(fā)具有50-1000個量子比特的中規(guī)模量子計算機。

②計劃建立衛(wèi)星與印度境內地面站的安全量子通信，并與其他國家實現(xiàn)遠距離安全量子通信。

③實現(xiàn)超過2000公里的城際量子密鑰分發(fā)，同時部署具有量子存儲的多節(jié)點量子網(wǎng)絡。

澳大利亞：發(fā)展必要的量子基礎設施和材料

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

其目標是構建一個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領導者，為未來強大的產(chǎn)業(yè)和就業(yè)機會奠定基礎。

總共分為五個主題：①支持量子技術的研發(fā)與商業(yè)應用②發(fā)展必要的量子基礎設施和材料③培育專業(yè)且持續(xù)增長的量子人才④制定符合國家利益的國際標準和框架⑤構建可靠且包容的量子生態(tài)系統(tǒng)。

針對每個主題，戰(zhàn)略規(guī)劃了超過七年的行動方案，主要集中在可以實施和促進的協(xié)調與合作行動，以確保量子產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

中國：圍繞量子技術研發(fā)、突破和產(chǎn)品研制

根據(jù)我國《[十四五]規(guī)劃綱要和2035年遠景目標綱要》，[十四五]期間，我國量子信息領域的科技攻關任務將圍繞量子通信技術研發(fā)、量子測量技術突破和量子計算的產(chǎn)品研制展開。

當前，國家層面的量子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃尚未出臺。參考中國信通院對量子信息領域的發(fā)展定位及應用前景，[十四五]期間，我國量子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標各有不同、各有側重。

其中，量子計算側重于突破經(jīng)典計算極限的算力飛躍；量子通信技術側重于服務經(jīng)典通信加密；量子測量注重實現(xiàn)物理量測量和信息獲取的精度、分辨率、穩(wěn)定度等。

目前我國在量子信息技術的基礎科學和系統(tǒng)研發(fā)方面取得了顯著進展，已躋身全球領先行列，與美歐等國并駕齊驅。

我國在成果發(fā)布和生態(tài)建設方面尚顯不足

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

圖靈量子創(chuàng)始人金賢敏指出，量子計算領域的競爭主要集中在中美兩國。

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

我國在量子計算領域面臨的國內外競爭形勢嚴峻，尤其在生態(tài)方面的落后更為令人擔憂。

例如，IBM引領了140多家公司成立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同研發(fā)和應用量子計算機。

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)范標準和應用。

與此同時，英特爾、英偉達等公司通過集成量子處理單元與CPU、GPU等方式，介入量子計算領域。

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

然而，當前我國量子計算領域存在[三多三少]的現(xiàn)象：論文較多，樣機較少；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布局重點

觀察量子信息專利技術申請的狀況，量子通信領域的專利申請表現(xiàn)出較高的活躍度，總計達到57726項，涉及26064個申請人。

在技術跨度的方面，量子通信和量子測量領域的專利申請技術范圍分別涵蓋246個和252個國際專利分類（IPC）小類。

此外，從技術市場的覆蓋廣度來看，量子通信專利技術已覆蓋70個以上國家和地區(qū)，而量子計算和量子測量技術也分別覆蓋了40個以上國家和地區(qū)。

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

從專利的地域分布角度分析，量子計算、量子通信以及量子測量技術的專利前三來源國為中國、美國和日本。

這明確地顯示出這三個國家在量子信息領域的技術創(chuàng)新具有顯著活力。

另外，從專利申請人的國別分布來看，量子計算、量子通信以及量子測量的前十大申請人中，中國、美國和日本的企業(yè)占據(jù)了相當大的比例。

量子企業(yè)重點研發(fā)布局方向

在量子產(chǎn)業(yè)細分領域視角下，量子計算芯片成為當前量子計算領域市場潛力最大的研究方向之一。

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

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

在全球范圍內，量子信息技術領域重點投資量子軟件、量子硬件等細分技術領域，投資額占比分別為22.53%、18.21%。

此外，Enabling technologies、量子計算、量子通信等也成為關注重點。

結尾：

計算技術與算力，猶如土地對于農(nóng)耕時代、石油對于內燃機時代，未來的技術競爭中，算力之爭勢必成為關鍵所在，而量子計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：《各國搶占量子科技制高點》，胖福的小木屋：《中國量子計算機全球開放，美日韓緊急追加合作》，光子盒：《北約創(chuàng)建首個量子戰(zhàn)略：[備戰(zhàn)]未來科技巔峰》，戰(zhàn)略前沿技術：《量子技術：未來戰(zhàn)爭的前沿力量》，世界科技研究與發(fā)展：《美國量子研發(fā)布局對我國的啟示》，中國科學報：《強敵環(huán)伺、中美競爭：[量子計算不是開玩笑！]》，DeepTech深科技：《沒有量子技術，就無法進行全面的太空研究》