量子技術(shù)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(qū)的科學(xué)家共同倡議設(shè)立的紀(jì)念日旨在普及量子科學(xué)與技術(shù)的知識，同時人們注意到，從科技攻關(guān)到工程研發(fā)，從應(yīng)用探索到產(chǎn)業(yè)培育，從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)到自主產(chǎn)品開發(fā)，全球主要經(jīng)濟(jì)體正在量子技術(shù)賽道上展開激烈競賽與博弈。

　　何為量子技術(shù)？首先必須弄清什么是量子。通俗地講，當(dāng)物質(zhì)或者物質(zhì)量分解到不可再分的時候，此時出現(xiàn)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(shù)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(shù)學(xué)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(shù)就是建立量子力學(xué)原理基礎(chǔ)之上的綜合性科學(xué)，這里的量子力學(xué)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(tǒng)計算機中的經(jīng)典比特只能處于0或1的不同狀態(tài)。所謂量子糾纏，就是兩個具有“心靈感應(yīng)”的量子無論相距多么遙遠(yuǎn)，一個量子狀態(tài)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(zhì)量，即使是微觀的粒子也可穿入，且穿入的廣度、高度相比經(jīng)典的測量會大大延伸。

　　全球量子技術(shù)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(chǔ)。依靠量子疊加原理，量子計算機（包括光量子計算機與超導(dǎo)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(xiàn)有已知的宇宙中全部原子數(shù)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(wù)，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(jìn)行量子密鑰分發(fā)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(jìn)行一次又一次的嚴(yán)格加密，從而使得密匙不可被跟蹤與監(jiān)聽，更不能被復(fù)制與探測。不僅如此，不像經(jīng)典通信那樣需發(fā)射電磁波，量子通信的信息傳輸能夠屏蔽所有外部環(huán)境的干擾，從而使得信息的傳輸更具穩(wěn)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(shù)大幅延展測量視域的同時，還可以實現(xiàn)對物理量測量和信息獲取的高精度、高分辨率以及高穩(wěn)定度，技術(shù)可精細(xì)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(xiàn)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(xiàn)最小的時頻錯差，乃至可以達(dá)到了100億年只差一秒的精度。

　　據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IDC預(yù)測，到2050年，全球量子技術(shù)市場規(guī)模將飆升至2600億美元，只是目前所有的預(yù)測數(shù)據(jù)都是基于量子技術(shù)在專業(yè)化市場的應(yīng)用，而量子技術(shù)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(guī)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(shù)據(jù)和算力是其最重要的基礎(chǔ)，借助于量子測量傳輸?shù)暮Ａ啃畔?，依靠量子計算的迅疾算速，加之量子通信的安全護(hù)航，人工智能的應(yīng)用步伐將大幅提速，最終產(chǎn)生出的商業(yè)價值將無法估量。

　　還需強調(diào)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(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)與未來產(chǎn)業(yè)的策源高地，如量子計算領(lǐng)域就有超級算力產(chǎn)業(yè)與超級存儲產(chǎn)業(yè)，量子通信領(lǐng)域可產(chǎn)生高級加密產(chǎn)業(yè)與新型信息傳輸產(chǎn)業(yè)，量子測量領(lǐng)域能孕育出精密測量與量子傳感等產(chǎn)業(yè)。不僅如此，量子技術(shù)還能向其他行業(yè)滲透并對所及產(chǎn)業(yè)展開技術(shù)賦能，拉動產(chǎn)業(yè)層次的升級，正是如此，量子技術(shù)事關(guān)一個國家未來的國際產(chǎn)業(yè)競爭力水平與能級。更為重要的是，各國的經(jīng)濟(jì)、政治以及軍事安全與量子技術(shù)存在緊密關(guān)聯(lián)，甚至可以說量子技術(shù)直接決定著一國在全球多元力量角逐中的安危命運?；诖?，集群式加入量子技術(shù)的競爭賽道并搶先展開產(chǎn)業(yè)布局，成為了主要國家的一致性戰(zhàn)略選擇。

　　首先是頂層設(shè)計導(dǎo)引先行。作為全球首個在宏觀層面創(chuàng)建量子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略的國家，英國政府早在10年前就發(fā)布了“國家量子技術(shù)計劃”，截至目前，已經(jīng)成立4個國家量子技術(shù)中心。兩年之后，歐盟宣布將量子技術(shù)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(chǔ)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(fā)布《美國量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略愿景》等量子專項戰(zhàn)略以及促進(jìn)量子計算的《國家安全備忘錄》，美國政府將量子技術(shù)相關(guān)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(zhàn)略，并專門組建了量子工業(yè)部，同時日本也在文部科學(xué)省設(shè)置了對量子技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理的專門機構(gòu)。據(jù)第三方數(shù)據(jù)，除G7（七國集團(tuán)）均已全面部署量子技術(shù)研發(fā)計劃外，瑞典、荷蘭、印度、澳大利亞、丹麥和韓國等國都已實質(zhì)性啟動了本國的量子戰(zhàn)略。

　　其次是專項投資加速擴(kuò)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(dá)到50多億美元，而歐盟的“量子技術(shù)旗艦項目”實施至今，總經(jīng)費支出已超過40億歐元。作為“國家量子技術(shù)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(shù)專項”，每年投資額度達(dá)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(shù)在改善醫(yī)療、能源、交通等方面的應(yīng)用研究。日本雖在量子技術(shù)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(chǎn)學(xué)集體聯(lián)動。政府機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)組織與學(xué)術(shù)界加速融合與聯(lián)手，尤其是依托頭部企業(yè)的主導(dǎo)力量，實施研發(fā)和應(yīng)用“雙向驅(qū)動”，最終直接關(guān)聯(lián)出新產(chǎn)品的迭代升級，已成主要發(fā)達(dá)國家推進(jìn)量子技術(shù)研究與應(yīng)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(xué)圣芭芭拉分校聯(lián)合成立了量子人工智能實驗室，次年微軟與哈佛大學(xué)、玻爾研究所等攜手組建量子設(shè)計與量子計算研究中心，英特爾與荷蘭代爾夫特理工大學(xué)合作開發(fā)新型量子計算機。不僅如此，IBM還牽頭創(chuàng)建了國際性主流量子計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，美國、日本、韓國、德國、澳大利亞等230多家企業(yè)參與其中，合縱連橫之勢清晰可見。依靠強大的團(tuán)隊力量，谷歌在2019年就成功演示了“量子霸權(quán)”，旗下的“西克莫”量子計算機僅用200秒就完成傳統(tǒng)超級計算機需要1萬年才能完成的任務(wù)。2022年11月，IBM推出了擁有433個量子比特的量子芯片“魚鷹”，成為世界上迄今為止最大的通用量子處理器。2023年12月，IBM又推出了世界第一臺擁有超過1000個量子比特的量子計算機。

　　最后是量子技術(shù)教育緊密跟進(jìn)。鑒于行業(yè)人才極其稀缺，且人才又關(guān)乎量子技術(shù)的未來發(fā)展持續(xù)性以及本國的競爭實力，圍繞量子計算教育、量子技術(shù)知識普及等的教育科普鏈已在發(fā)達(dá)國家開始構(gòu)建。一方面，像谷歌、微軟等與高校合作項目中，重點內(nèi)容就是培養(yǎng)量子技術(shù)人才，合作學(xué)校的學(xué)生都能經(jīng)常性地直接參與到項目研發(fā)之中，而俄亥俄州立大學(xué)創(chuàng)建的量子信息科學(xué)與工程中心，首要目標(biāo)就是培養(yǎng)出更多的量子計算專業(yè)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(nèi)在人才培養(yǎng)方向的投資達(dá)到12億美元，對此，美國國家科學(xué)基金會和白宮科學(xué)技術(shù)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(yǎng)通道，為任何想要入門量子計算的人提供學(xué)習(xí)機會。

　　（作者系中國市場學(xué)會理事、經(jīng)濟(jì)學(xué)教授）

（文章來源：國際金融報）

(原標(biāo)題：量子技術(shù)賽道上的全球競速)

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