量子技術賽道上的全球競速

             4月14日為第四個“世界量子日”，這一由全球60多個國家和地區的科學家共同倡議設立的紀念日旨在普及量子科學與技術的知識，同時人們注意到，從科技攻關到工程研發，從應用探索到產業培育，從基礎設施建設到自主產品開發，全球主要經濟體正在量子技術賽道上展開激烈競賽與博弈。

　　何為量子技術？首先必須弄清什么是量子。通俗地講，當物質或者物質量分解到不可再分的時候，此時出現的最小單元就是量子，如我們看到的整棟大樓可以分為若干層，而再往下樓層不可能分為半層樓或1/3層樓，此時樓層便是大樓的最小單元，樓層就是量子。同樣，樓層里有樓梯，樓梯又是臺階連接而成，人們爬樓梯是以臺階的整數計，不會以半個臺階或1/3個臺階計，此時臺階便是量子。因此，量子既是一個物理概念，又是一個數學概念。通常情況下，計量量子的單位用比特表示，如一個量子比特、兩個量子比特等。

　　量子技術就是建立量子力學原理基礎之上的綜合性科學，這里的量子力學原理其實就是研究單個量子的作用力或者量子之間作用力與反作用力的原理，如量子疊加、量子糾纏、量子隧穿等。所謂量子疊加，就是指量子比特具有疊加特征，即可以同時處于0和1的線性組合，而不像傳統計算機中的經典比特只能處于0或1的不同狀態。所謂量子糾纏，就是兩個具有“心靈感應”的量子無論相距多么遙遠，一個量子狀態變化，另一個也會瞬間隨之改變，而量子隧穿指的是量子測量可以穿越任何的物質量，即使是微觀的粒子也可穿入，且穿入的廣度、高度相比經典的測量會大大延伸。

　　全球量子技術研究目前主要沿著量子計算、量子通信和量子測量三大路徑展開，且分別以量子疊加、量子糾纏和量子隧穿為基礎。依靠量子疊加原理，量子計算機（包括光量子計算機與超導量子計算機兩種）不僅要比電子計算機的信息存儲功能強大得多，運算速度也更迅疾。一個攜帶250個量子比特的量子計算機，可存信息量比現有已知的宇宙中全部原子數目還要多，使用目前最快的電子計算機大概需要5萬年才能完成的計算任務，量子計算機只需4小時就能輕松搞定。

　　同樣，借助于量子糾纏特性，量子通信可以組建出無法破解的密碼體系，這是因為量子通信在進行量子密鑰分發即信息傳輸時，兩地或多地的用戶可以共享安全的密鑰，并可利用該密鑰對信息進行一次又一次的嚴格加密，從而使得密匙不可被跟蹤與監聽，更不能被復制與探測。不僅如此，不像經典通信那樣需發射電磁波，量子通信的信息傳輸能夠屏蔽所有外部環境的干擾，從而使得信息的傳輸更具穩定性與真實性，正是如此，量子通信被視為信息傳輸“絕對安全”的回歸。

　　量子測量方面，量子隧穿原理在支持測量技術大幅延展測量視域的同時，還可以實現對物理量測量和信息獲取的高精度、高分辨率以及高穩定度，技術可精細到納米、亞納米量級，同時可以糾錯。另外，量子測量的精密性還體現在量子授時方面，即對時間同步精度的提升使得測量信息的傳遞過程可實現最小的時頻錯差，乃至可以達到了100億年只差一秒的精度。

　　據互聯網數據中心IDC預測，到2050年，全球量子技術市場規模將飆升至2600億美元，只是目前所有的預測數據都是基于量子技術在專業化市場的應用，而量子技術的民用化是大勢所趨，如C端通用量子計算機的問世，量子通信與量子測量搭載于更廣泛的私用載具上等，由此引爆的增量市場規模將更為龐大。另外，被視為第四次科技革命的人工智能剛剛啟航，數據和算力是其最重要的基礎，借助于量子測量傳輸的海量信息，依靠量子計算的迅疾算速，加之量子通信的安全護航，人工智能的應用步伐將大幅提速，最終產生出的商業價值將無法估量。

　　還需強調的是，無論是量子計算還是量子通信抑或量子測量，實際都是戰略性新興產業與未來產業的策源高地，如量子計算領域就有超級算力產業與超級存儲產業，量子通信領域可產生高級加密產業與新型信息傳輸產業，量子測量領域能孕育出精密測量與量子傳感等產業。不僅如此，量子技術還能向其他行業滲透并對所及產業展開技術賦能，拉動產業層次的升級，正是如此，量子技術事關一個國家未來的國際產業競爭力水平與能級。更為重要的是，各國的經濟、政治以及軍事安全與量子技術存在緊密關聯，甚至可以說量子技術直接決定著一國在全球多元力量角逐中的安危命運。基于此，集群式加入量子技術的競爭賽道并搶先展開產業布局，成為了主要國家的一致性戰略選擇。

　　首先是頂層設計導引先行。作為全球首個在宏觀層面創建量子技術發展戰略的國家，英國政府早在10年前就發布了“國家量子技術計劃”，截至目前，已經成立4個國家量子技術中心。兩年之后，歐盟宣布將量子技術作為新的旗艦科研項目，其中德國制定了《量子計算路線圖》，在此基礎上啟動慕尼黑量子谷研究集群計劃。美國方面，最近幾年除美國國會推出了《國家量子行動法案》外，美國政府先后發布《美國量子網絡戰略愿景》等量子專項戰略以及促進量子計算的《國家安全備忘錄》，美國政府將量子技術相關計劃命名為“微型曼哈頓計劃”，比肩大名鼎鼎的原子彈項目“曼哈頓計劃”。另外，加拿大政府也宣布制定國家量子戰略，并專門組建了量子工業部，同時日本也在文部科學省設置了對量子技術進行統一管理的專門機構。據第三方數據，除G7（七國集團）均已全面部署量子技術研發計劃外，瑞典、荷蘭、印度、澳大利亞、丹麥和韓國等國都已實質性啟動了本國的量子戰略。

　　其次是專項投資加速擴容。自從啟動為期10年的《國家量子行動法案》以來，美國政府的專向投資已累計達到50多億美元，而歐盟的“量子技術旗艦項目”實施至今，總經費支出已超過40億歐元。作為“國家量子技術計劃”的支點，英國在該計劃頒布的兩年后便啟動“國家量子技術專項”，每年投資額度達2.7億英鎊，迄今總投入已超過21億英鎊，而且今年年初，英國政府又另外撥出4500萬英鎊的專項資金，以加快量子技術在改善醫療、能源、交通等方面的應用研究。日本雖在量子技術研究方面有點不溫不火，但過去10年的總投資也超過400億日元。

　　再次是官產學集體聯動。政府機構、產業組織與學術界加速融合與聯手，尤其是依托頭部企業的主導力量，實施研發和應用“雙向驅動”，最終直接關聯出新產品的迭代升級，已成主要發達國家推進量子技術研究與應用的核心路徑。谷歌早在2013年就與美國國家航天局、加州大學圣芭芭拉分校聯合成立了量子人工智能實驗室，次年微軟與哈佛大學、玻爾研究所等攜手組建量子設計與量子計算研究中心，英特爾與荷蘭代爾夫特理工大學合作開發新型量子計算機。不僅如此，IBM還牽頭創建了國際性主流量子計算產業聯盟，美國、日本、韓國、德國、澳大利亞等230多家企業參與其中，合縱連橫之勢清晰可見。依靠強大的團隊力量，谷歌在2019年就成功演示了“量子霸權”，旗下的“西克莫”量子計算機僅用200秒就完成傳統超級計算機需要1萬年才能完成的任務。

　　最后是量子技術教育緊密跟進。鑒于行業人才極其稀缺，且人才又關乎量子技術的未來發展持續性以及本國的競爭實力，圍繞量子計算教育、量子技術知識普及等的教育科普鏈已在發達國家開始構建。一方面，像谷歌、微軟等與高校合作項目中，重點內容就是培養量子技術人才，合作學校的學生都能經常性地直接參與到項目研發之中，而俄亥俄州立大學創建的量子信息科學與工程中心，首要目標就是培養出更多的量子計算專業人才。另外，在《國家量子行動法案》中，美國政府直接明確10年內在人才培養方向的投資達到12億美元，對此，美國國家科學基金會和白宮科學技術政策辦公室牽頭啟動了量子信息K12教育。不僅如此，澳大利亞量子公司Q-CTRL與英國主營的量子教育公司QURECA合作建立量子計算人才培養通道，為任何想要入門量子計算的人提供學習機會。

　　（作者系中國市場學會理事、經濟學教授）