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分析丨抢占量子战略高地,各国都在想什么?

作者 | 方文三

量子科技作为新一轮科技革命与产业变革的尖端领域,已成为各大国科技竞争的焦点。

现如今,各国纷纷紧抓技术变革之机,加速量子科技研究进程,强化产业化战略部署,并加大资金投入力度。

量子科技的核心领域包括、量子计算以及量子传感与测量。

①在量子通信领域:第一代应用[量子密钥分发](QKD)已在我国、欧洲、日本等地实现小规模商用实例,但其商业与军事应用的安全性与效率仍有待提高。

当前,第二代量子通信应用[量子传态]尚处于研发阶段,旨在构建[量子互联网],将各类终端设备整合,预计需十年时间实现商业化。

采用量子力学相关原理来解决信息安全问题的通信技术,为信息安全传输提供了坚实的保障。

②在量子计算领域:以量子比特替代电子比特,针对特定大规模计算问题进行超速计算。目前,在欧洲和美国已实现初步商业化应用。

随着技术持续发展,未来十年,量子计算机有望广泛应用于、、保密通信、生物化学及材料科学等领域。

量子计算堪称新一轮量子革命之翘楚,担负着引领未来计算技术发展的重任。

③在量子传感和精密测量领域:利用量子力学原理,实现对时间、加速度、电磁场、重力场等超高精度测量。

在民用和军事领域具有广泛应用前景,商业化与军事化应用有望在短期内实现。

为了确保北约能够实现[量子做好准备]的目标,北约于去年11月批准了北约首个量子战略目标。

今年1月,北约公布了该战略的摘要。摘要强调,量子技术的飞速发展对经济、安全和国防领域产生了深远影响,涉及传感、成像、导航、通信、计算等多个方面。

面对这一挑战,北约制定了首个量子战略,旨在确保联盟在量子领域保持领先地位。

北约及其盟国将合作发展安全、有弹性和具有竞争力的量子生态系统,提高互操作性、保持技术优势、加强态势感知、防范量子攻击。

此外,北约将通过DIANA计划和创新基金支持初创企业,尤其是量子领域企业,以提升北约在量子技术战略方面的实施能力。

北约创新基金是一家由23个北约盟国支持的独立风险投资公司,计划向包括量子企业在内的先进科技驱动型企业投资10亿欧元。

英国《国家量子战略》于去年3月发布,承诺自今年起的10年内,再投入25亿英镑用于推动英国量子技术发展。

量子技术已确定为英国未来力争全球领先地位的五大关键技术之一,将使传感、计时、成像和通信等领域达到新的高度。

今年的主要投资包括:

①1亿英镑继续开发现有计算、通信、传感、成像和授时应用。

②7000万英镑开发量子计算和定位、导航、授时(PNT)关键技术。

③2000万英镑用于加速活动,进行量子网络协作研发。

政府2.5亿英镑技术任务基金中7000万英镑量子任务:

①加速量子技术在PNT中的弹性能力,到2025年在传统卫星拒止环境中展示成熟原理验证样机。

②开发量子计算试验台,支持2025年英国量子计算部门发展。

去年1月加拿大宣布启动《国家量子战略》。该战略致力于实现加拿大量子技术的未来愿景,同时助力创造数千个就业机会。

加拿大政府表示,国家量子战略围绕关键量子技术领域的三个核心任务展开:

①致力于使加拿大在持续开发、部署和使用这些技术方面成为世界领先者。

②为加拿大配备国家安全量子和后量子密码能力。

③,支持加拿大开发人员和新量子传感技术的早期采用者。

为实现这些任务,国家量子战略将对以下支柱进行投资:

①投入1.41亿加元支持基础和应用研究,以实现新的解决方案和创新。

②投入1.69亿加元将研究成果转化为具有扩展潜力的商业产品和服务。

去年4月,印度内阁宣布在去年至2030年期间,将投入超过600亿卢比(约合50亿人民币)支持《国家量子任务》。

该任务旨在推动量子科技研究及工业应用发展,使我国在全球量子技术领域居于领导地位,同时助力数字印度、印度制造、技能印度和可持续发展目标等国家战略。

核心任务如下:①在未来8年内研发具有50-1000个量子比特的中规模量子计算机。

②计划建立卫星与印度境内地面站的安全量子通信,并与其他国家实现远距离安全量子通信。

③实现超过2000公里的城际量子密钥分发,同时部署具有量子存储的多节点量子网络。

去年5月,澳大利亚政府公布了一份名为《国家量子战略》的文件,这是该国首份此类战略。

其目标是构建一个繁荣且可靠的量子生态系统,将澳大利亚打造为全球量子技术领导者,为未来强大的产业和就业机会奠定基础。

总共分为五个主题:①支持量子技术的研发与商业应用②发展必要的量子基础设施和材料③培育专业且持续增长的量子人才④制定符合国家利益的国际标准和框架⑤构建可靠且包容的量子生态系统。

针对每个主题,战略规划了超过七年的行动方案,主要集中在可以实施和促进的协调与合作行动,以确保量子产业的持续稳定发展。

根据我国《[十四五]规划纲要和2035年远景目标纲要》,[十四五]期间,我国量子信息领域的科技攻关任务将围绕量子通信技术研发、量子测量技术突破和量子计算的产品研制展开。

当前,国家层面的量子信息产业发展规划尚未出台。参考中国信通院对量子信息领域的发展定位及应用前景,[十四五]期间,我国量子信息产业的发展目标各有不同、各有侧重。

其中,量子计算侧重于突破经典计算极限的飞跃;量子通信技术侧重于服务经典通信加密;量子测量注重实现物理量测量和信息获取的精度、分辨率、稳定度等。

目前我国在量子信息技术的基础科学和系统研发方面取得了显著进展,已跻身全球领先行列,与美欧等国并驾齐驱。

如今,包括IBM、谷歌在内的多家公司已为量子计算通用机的发展制定了发展路线图。同时,海外的量子初创企业也表现出强劲的实力。

图灵量子创始人金贤敏指出,量子计算领域的竞争主要集中在中美两国。

美国量子计算公司的优势在于起步早、产业化程度高,且得到了投资界的巨额资金支持。

我国在量子计算领域面临的国内外竞争形势严峻,尤其在生态方面的落后更为令人担忧。

例如,IBM引领了140多家公司成立产业联盟,共同研发和应用量子计算机。

此外,谷歌、微软、亚马逊等公司也从不同角度投资、收购或合并了一些小型量子计算生态企业,大力推广各自的语言、操作系统、规范标准和应用。

与此同时,英特尔、英伟达等公司通过集成量子处理单元与、GPU等方式,介入量子计算领域。

相较之下,我国的科技巨头如、阿里、腾讯、百度等,虽然在2017-2018年宣布组建量子技术团队并投入研发资金,但在成果发布和生态建设方面尚显不足。

然而,当前我国量子计算领域存在[三多三少]的现象:论文较多,样机较少;融资较多,产品较少;路线较多,聚焦较少。

观察量子信息专利技术申请的状况,量子通信领域的专利申请表现出较高的活跃度,总计达到57726项,涉及26064个申请人。

在技术跨度的方面,量子通信和量子测量领域的专利申请技术范围分别涵盖246个和252个国际专利分类()小类。

此外,从技术市场的覆盖广度来看,量子通信专利技术已覆盖70个以上国家和地区,而量子计算和量子测量技术也分别覆盖了40个以上国家和地区。

这些数据表明,这些技术在全球范围内受到了广泛的关注和研究。

从专利的地域分布角度分析,量子计算、量子通信以及量子测量技术的专利前三来源国为中国、美国和日本。

这明确地显示出这三个国家在量子信息领域的技术创新具有显著活力。

另外,从专利申请人的国别分布来看,量子计算、量子通信以及量子测量的前十大申请人中,中国、美国和日本的企业占据了相当大的比例。

在量子产业细分领域视角下,量子计算成为当前量子计算领域市场潜力最大的研究方向之一。

截至去年,研究超导量子路线的企业占比达到50%,光量子路线和离子阱量子计算企业分别占比25%。

此外,量子通信与安全领域企业数量较多,其中89%的业务涉及量子保密通信,11%涉及抗量子密码(PQC)。

在全球范围内,量子信息技术领域重点投资量子、量子等细分技术领域,投资额占比分别为22.53%、18.21%。

此外,Enabling technologies、量子计算、量子通信等也成为关注重点。

计算技术与算力,犹如土地对于农耕时代、石油对于内燃机时代,未来的技术竞争中,算力之争势必成为关键所在,而量子计算则有望成为核心资源。

部分资料参考:

广州粤港澳大湾区研究院:《各国抢占量子科技制高点》,胖福的小木屋:《中国量子计算机全球开放,美日韩紧急追加合作》,光子盒:《北约创建首个量子战略:[备战]未来科技巅峰》,战略前沿技术:《量子技术:未来战争的前沿力量》,世界科技研究与发展:《美国量子研发布局对我国的启示》,中国科学报:《强敌环伺、中美竞争:[量子计算不是开玩笑!]》,DeepTech深科技:《没有量子技术,就无法进行全面的太空研究》

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