芯耀
1944
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，已成為各大國科技競爭的焦點。
現(xiàn)如今，各國紛紛緊抓技術(shù)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(yīng)用領(lǐng)域
量子科技的核心領(lǐng)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(lǐng)域：第一代應(yīng)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(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)計需十年時間實現(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實的保障。
②在量子計算領(lǐng)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(yīng)用。
隨著技術(shù)持續(xù)發(fā)展，未來十年，量子計算機有望廣泛應(yīng)用于人工智能、自動駕駛、保密通信、生物化學(xué)及材料科學(xué)等領(lǐng)域。
量子計算堪稱新一輪量子革命之翹楚，擔(dān)負(fù)著引領(lǐng)未來計算技術(shù)發(fā)展的重任。
③在量子傳感和精密測量領(lǐng)域：利用量子力學(xué)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(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)實現(xiàn)。
北約：深入經(jīng)濟、安全和國防領(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。摘要強調(diào)，量子技術(shù)的飛速發(fā)展對經(jīng)濟、安全和國防領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠影響，涉及傳感、成像、導(dǎo)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(lǐng)域保持領(lǐng)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(shù)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(lǐng)域企業(yè)，以提升北約在量子技術(shù)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(fēng)險投資公司，計劃向包括量子企業(yè)在內(nèi)的先進科技驅(qū)動型企業(yè)投資10億歐元。
英國：確定量子技術(shù)為未來關(guān)鍵技術(shù)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(nèi)，再投入25億英鎊用于推動英國量子技術(shù)發(fā)展。
量子技術(shù)已確定為英國未來力爭全球領(lǐng)先地位的五大關(guān)鍵技術(shù)之一，將使傳感、計時、成像和通信等領(lǐng)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(yīng)用。
②7000萬英鎊開發(fā)量子計算和定位、導(dǎo)航、授時（PNT）關(guān)鍵技術(shù)。
③2000萬英鎊用于加速活動，進行量子網(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(shù)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(shù)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(guān)鍵量子技術(shù)領(lǐng)域的三個核心任務(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。
為實現(xiàn)這些任務(wù)，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(chǔ)和應(yīng)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(zhuǎn)化為具有擴展?jié)摿Φ纳虡I(yè)產(chǎn)品和服務(wù)。
印度：布局中規(guī)模量子計算機與量子通信
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《國家量子任務(wù)》。
該任務(wù)旨在推動量子科技研究及工業(yè)應(yīng)用發(fā)展，使我國在全球量子技術(shù)領(lǐng)域居于領(lǐng)導(dǎo)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(biāo)等國家戰(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(nèi)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(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《國家量子戰(zhàn)略》的文件，這是該國首份此類戰(zhàn)略。
其目標(biāo)是構(gòu)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(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，為未來強大的產(chǎn)業(yè)和就業(yè)機會奠定基礎(chǔ)。
總共分為五個主題：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)增長的量子人才④制定符合國家利益的國際標(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(diào)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(shù)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(biāo)綱要》，[十四五]期間，我國量子信息領(lǐng)域的科技攻關(guān)任務(wù)將圍繞量子通信技術(shù)研發(fā)、量子測量技術(shù)突破和量子計算的產(chǎn)品研制展開。
當(dāng)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(lǐng)域的發(fā)展定位及應(yīng)用前景，[十四五]期間，我國量子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)各有不同、各有側(cè)重。
其中，量子計算側(cè)重于突破經(jīng)典計算極限的算力飛躍；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(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)和系統(tǒng)研發(fā)方面取得了顯著進展，已躋身全球領(lǐng)先行列，與美歐等國并駕齊驅(qū)。
我國在成果發(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(lǐng)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(lǐng)域面臨的國內(nèi)外競爭形勢嚴(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(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)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(lǐng)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(shù)團隊并投入研發(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)前我國量子計算領(lǐng)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(shù)布局重點
觀察量子信息專利技術(shù)申請的狀況，量子通信領(lǐng)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(shù)跨度的方面，量子通信和量子測量領(lǐng)域的專利申請技術(shù)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(shù)市場的覆蓋廣度來看，量子通信專利技術(shù)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(shù)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(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，量子計算、量子通信以及量子測量技術(shù)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(lǐng)域的技術(shù)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(dāng)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(lǐng)域視角下，量子計算芯片成為當(dāng)前量子計算領(lǐng)域市場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(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)域重點投資量子軟件、量子硬件等細分技術(shù)領(lǐng)域，投資額占比分別為22.53%、18.21%。
此外，Enabling technologies、量子計算、量子通信等也成為關(guān)注重點。
結(jié)尾：
計算技術(shù)與算力，猶如土地對于農(nóng)耕時代、石油對于內(nèi)燃機時代，未來的技術(shù)競爭中，算力之爭勢必成為關(guān)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(shù)：《量子技術(shù)：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(xué)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(shù)，就無法進行全面的太空研究》
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