世界各國搶占量子科技戰略制高點 我國有望成信息技術引領者

全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”成功發射，世界首條量子保密通信干線“京滬干線”正式開通，量子計算原型機“九章”實現“量子計算優越性”……近年來，中國在量子科技領域捷報頻傳。

20世紀初建立的量子力學是人類歷史上最偉大的科學革命之一。隨著量子力學的建立而催生的第一次量子革命，帶來了原子能、半導體、激光、核磁共振、超導和全球衛星定位系統等重大技術的發明，從根本上改變了人類的生活方式和社會面貌。

隨著量子調控技術的進步，20世紀90年代以來，人們可以對光子、原子等微觀粒子進行主動的精確操縱，人類認識和改造世界的實踐達到了一個新的歷史高度。量子科技可以在保障信息安全、提高運算速度、提升測量精度等方面突破經典技術的瓶頸，成為信息、能源、材料和生命等領域重大技術創新的源泉，為保障國家安全和支撐國民經濟高質量發展提供核心戰略力量。

“當前，以量子信息為代表的量子科技正在不斷形成新的科學前沿，激發革命性的科技創新，孕育對人類社會產生巨大影響的顛覆性技術。該領域的迅猛發展標志著第二次量子革命的興起。”2月25日，全國政協委員、中國科學技術大學常務副校長潘建偉院士在接受科技日報記者采訪時表示。

領跑、并跑、跟跑并存

我國高度重視量子信息科技的發展，在量子信息科技領域突破了一系列重要科學問題和關鍵核心技術，產出了一批具有重要國際影響力的成果。

“總體而言，我國在量子通信的研究和應用方面處于國際領先地位，在量子計算方面與發達國家處于同一水平線，在量子精密測量方面發展迅速。”潘建偉說。

他表示，量子通信的發展目標是構建全球范圍的廣域量子通信網絡體系。通過光纖實現城域量子通信網絡、通過中繼器實現鄰近兩個城市之間的連接、通過衛星平臺的中轉實現遙遠區域之間的連接，是廣域量子通信網絡的發展路線。

我國的城域量子通信技術已初步滿足實用化要求，我國建成了國際上首條遠距離光纖量子保密通信骨干網“京滬干線”，在金融、政務、電力等領域開展遠距離量子保密通信的技術驗證與應用示范。在衛星量子通信方面，我國研制并發射了世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，在國際上率先實現了星地量子通信，首次實現了洲際量子通信，充分驗證了基于衛星平臺實現全球化量子通信的可行性。

“量子科技從實驗室走向實際應用的過程中，需要經歷基礎研究、關鍵技術研發、工程化集成與驗證等階段，然后才能實現規模化商業應用。”潘建偉強調。“京滬干線”和“墨子號”量子衛星等，都是基于我國前期十余年的基礎和應用研究成果而進行的工程化集成與驗證項目，對核心器件的自主研發、相關應用標準的制定和未來規模化的應用起到了良好的推動作用。

量子計算研究的核心任務是多量子比特的相干操縱。當前，量子計算研究已經實現“量子優越性”，即量子計算機對特定問題的計算能力超越傳統超級計算機，達到這一目標需要約50個量子比特的相干操縱。

2020年，潘建偉和陸朝陽等學者研制成功76個光子的量子計算原型機“九章”，推動了全球量子計算的前沿研究達到一個新高度，繼谷歌“懸鈴木”量子計算機之后，我國首次成功實現“量子計算優越性”的里程碑式突破。

然而，“我國在量子精密測量領域起步較晚，整體上相比發達國家存在一定的差距，但近年來已經迅速縮小了差距，在若干研究方向上與公開報道的國際最高水平相當。”潘建偉說。

各國搶占戰略制高點

量子信息科技是國內外科技創新的必爭之地，世界各大國龍爭虎斗，力圖搶占戰略制高點。

2018年12月，美國啟動了為期10年的《國家量子行動法案》，在2019—2023年期間增加投入約13億美元，連同其他常規性投入，5年政府投入達30億美元;美國還將在2022年之前把量子科技的研發資金增加一倍，以確保其全球領導地位;歐盟于2018年10月正式實施“量子技術旗艦項目”，連同各成員國的配套，總經費超過40億歐元;英國于2016年啟動“國家量子技術專項”，迄今總投入已超過10億英鎊;2018年9月，德國政府通過“量子技術：從基礎到市場”國家量子技術框架計劃，在2018—2022年內投入6.5億歐元，在新冠肺炎疫情后又追加了20億歐元：今年1月，法國宣布啟動量子技術國家戰略，并計劃5年內投資18億歐元。

與此同時，西方國家的大型高科技企業及產業資本也在積極投入，加速進行戰略部署。谷歌于2013年與美國國家航空航天局、加州大學圣芭芭拉分校聯合成立了量子人工智能實驗室;IBM早在2014年就宣布投資30億美元開展量子計算等下一代計算技術開發;微軟于2014年與哈佛大學、玻爾研究所等組建量子設計與量子計算研究中心;英特爾于2016年宣布與荷蘭代爾夫特理工大學合作開發新型量子計算機。

“更緊迫的是，在量子信息科技領域，西方國家開始加大對我國的限制。”潘建偉說。2017年，美國商務部將“專門設計(或改造)以用于實現或使用量子密碼”的商品明確列入出口管制清單;于2018年11月開始管制14項涉及國家安全和前沿科技的技術出口，其中包括量子密碼、量子計算及量子傳感。其他一些國家也開始將相關關鍵設備和器件列入對我國的禁運范圍。

我國有望成信息技術引領者

為應對量子信息領域激烈的國際競爭，牢固掌握未來的發展主動權和創新主動權，黨中央高度重視該領域的資源整合和協同創新。十九屆五中全會通過的《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》明確指出，瞄準人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目。

在談到我國量子信息科技未來10到15年的總體發展目標時，潘建偉表示，在量子通信領域，要繼續保持和擴大我國的領跑優勢，構建完整的空地一體廣域量子通信網絡技術體系，實現量子通信網絡和經典通信網絡的無縫銜接，為形成具有國際引領地位的戰略性新興產業奠定基礎;在量子計算領域，要確立和鞏固我國在全球第一方陣的地位，有效解決大尺度量子系統的效率問題，研制對特定問題的求解能力全面超越經典超級計算機的專用量子模擬機，并為最終實現通用量子計算機探索出一條切實可行的道路;在量子精密測量領域，我國要力爭進入國際先進水平行列，突破與導航、環境監測、醫學檢驗、科學研究等領域密切相關的一系列量子精密測量關鍵技術，研制一批重要的量子精密測量設備。

潘建偉表示，以量子信息為主導的第二次量子革命正在向我們走近，我國迎來了一個成為未來信息技術引領者的歷史機遇。在國際上率先掌握能夠形成先發優勢、引領未來發展的顛覆性技術，率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技術體系，推動我國信息技術和產業核心競爭力的大幅提升，迅速趕超世界傳統強國，是我國量子信息領域的重要使命。

(陸成寬)