在新一轮信息技术革命的推动下,西方主要国家和组织将量子科技视为抢占经济、军事、安全等领域全方位优势的战略制高点,相继发布量子科技发展战略,部署一系列体系化的量子科技发展举措。面对当今世界百年未有之大变局,总书记特别强调,要借鉴国外的有益做法,深入分析研判量子科技发展大势,找准我国量子科技发展的切入点和突破口。为此,我们梳理了美国、欧洲、日本、新加坡、澳大利亚等国家和组织近年来发布的量子科技发展战略,解读主要内容,分析特点规律,供大家参阅。

一、世界主要国家和组织量子科技战略概述

近年来,以美国、欧盟为代表的西方国家和组织,主动布局、积极谋划,相继推出不同层次、不同类型的量子科技发展战略。

(一)美国:战略齐备,多方位支撑

美国是世界上最早开展量子科技研究的国家之一,特别注重通过政府指导推动量子科技的发展。经过多年实践,美国形成了三类衔接配套的战略,多方位支撑量子科技发展。

一是《国家量子倡议法案》。该法案于2018年12月正式生效,既是美国统筹国内力量推进量子科技发展的法律基础,也是美国谋求量子信息科学及其技术应用全球领导地位的战略规划,其主要发挥五方面的作用:第一,支持量子信息科技的研究、开发、示范和应用;第二,加强联邦政府量子信息科技研发的跨部门规划与协调;第三,最大限度地发挥联邦政府量子信息科技研究、开发和示范项目的效能;第四,促进联邦政府、联邦实验室、企业和大学之间的合作;第五,促进量子信息科技安全国际标准的制定。

二是量子科技专项发展战略。专项发展战略是美国政府推进量子科技研发工作的蓝图。美白宫国家科技理事会2018年9月发布的《量子信息科学国家战略概览》具有战略总纲的作用,其明确将量子信息科学作为美国研发事业的新支柱,并提出维护和扩大美国在量子信息科学领域领导地位的国家战略方法。在此基础上,美国政府先后推出两项量子网络发展战略:第一,白宫国家量子协调办公室2020年2月发布《美国量子网络战略构想》,明确未来五年和未来二十年量子网络研发与应用的目标,以及与实用量子网络和量子技术密切相关的六项重点研究领域。第二,能源部2020年7月发布报告《从远距离纠缠到建设全国范围的量子互联网》,规划了美国第一条全国性量子互联网的战略发展蓝图,提出需要重点关注的量子科技应用领域、优先研究方向,以及量子互联网建设的阶段目标。

三是将量子科技作为重要内容的新技术发展战略。新技术发展战略是美国政府明确研发重点的指南,而量子科技近年来已经成为政府和军队技术发展战略的重要内容。美国政府2020年10月发布的《关键与新兴技术国家战略》将“量子信息科学”列为20项关键与新兴技术(C&ET)之一,对军事、情报和经济等国家安全优势具有至关重要的作用。美国空军2019年4月发布的《科技战略:加强2030年及之后的美国空军科技》将冷原子加速计、原子钟和量子纠缠等量子科学视为重要的技术机遇,以及支撑美空军“弹性信息共享”能力的关键基础。美国防部国家地理空间情报局2020年5月发布的《国家地理空间情报局技术战略》将量子计算列为美国地理空间情报界未来长期投资的技术。

(二)欧洲:双层发力,多轮化驱动

早在20世纪90年代,欧盟及相关国家就意识到量子科技的巨大潜力,持续对泛欧洲乃至全球的量子科技研究给予重点支持。近年来,为在全球量子科技竞争中赢得主动,欧盟与欧洲主要国家积极布局,在国家和组织两个层次都出台了一系列量子科技战略,形成欧盟引领,英、德、俄等大国跟进的多轮化驱动发展态势。

一是欧盟在组织层面牵头制定泛欧洲的量子科技发展战略。2016年5月,欧盟发布《量子宣言:技术新时代》,宣布于2018年启动为期10年、预算10亿欧元的“量子技术旗舰计划”,主攻通信、计算、传感和模拟四个方面的量子技术。2020年3月,量子旗舰战略咨询委员会发布报告《战略研究议程》对“量子技术旗舰计划”进行了细化,提出量子通信、量子计算、量子模拟,以及量子计量和传感等领域的发展路线图。

二是英国在规划量子科技发展方面走在欧洲前列。2013年,英国启动第一个“国家量子技术项目”五年计划,在2014—2019年投资2.7亿英镑建立通信、传感、成像和计算四大研发中心,开展学术与应用研究;2015年推出《国家量子技术战略》《英国量子技术路线图》,明确了推动量子技术发展的措施、建议,以及量子计算机、量子传感器和量子通信等量子技术可能的商业化时间和发展路线图;2018年启动第二个“国家量子技术项目”五年计划,在2020-2024年投资3.15亿英镑,建设一个国家量子计算中心,以及其他4个量子中心;2020年10月,英国国防部发布的《2020年科技战略》提出以“国家量子技术项目”的模式发展新兴技术,而量子科技发展是其长期关注的重点。

三是德国、俄罗斯也通过制定战略谋划未来量子科技发展。2018年9月,德国政府发布报告《量子技术:从基础研究到市场》,该报告是德国推进量子技术发展的总体框架,明确了德国量子技术研发的重点领域、推进措施,并计划于2022年前投资6.5亿欧元资助各类量子技术研究项目。2018年12月,俄罗斯颁布“数字经济国家项目”(2019-2024),将量子科技列为9大重点发展对象之一,计划在未来五年内投入10亿欧元推进量子通信、量子计算与量子模拟、量子测量与量子感知,以及相关赋能技术的研发;2020年8月,俄罗斯推出“量子计算发展路线图”,重点关注量子计算领域的研究和工程工作,以及基础设施、教育项目等生态系统建设;2020年9月,俄罗斯启动《量子通信高技术领域发展路线图》的制定,规划在2024年前实施商业量子通信网络、量子物联网等120多项研发项目。

(三)日本:突出重点,分阶段推进

日本政府一贯重视量子科技领域的研发攻关,并制定相关战略予以重点布局和引导。近年来比较重要的量子科技发展战略主要包括三项:一是2017年8月发布的《量子科学技术(光·量子技术)的新推进方策》,重点聚焦量子信息处理、量子计量与传感、极短脉冲激光,以及下一代激光加工四个技术领域,以激发有可能成为日本国家竞争力源泉的量子潜能。二是2018年启动的“光·量子跃迁旗舰计划”(Q-LEAP),实施周期为2018-2027年,其重点发展量子模拟和计算、量子传感和超短脉冲激光器三大技术领域,每个技术领域都有2个旗舰项目和1个基础研究项目,旗舰项目每年将获得3-4亿日元的资助,基础研究项目每年将获得2000万-3000万日元的资助。三是2020年1月发布的《量子技术创新战略(最终报告)》,作为未来10-20年日本的一项重要战略,其提出通过技术发展战略、国际战略、产业与创新战略、知识产权与国际标准化战略、人才战略等五方面举措推进量子科技创新。

(四)新加坡与澳大利亚:半官方指导,多维度规划

除以上重点国家和组织外,新加坡和澳大利亚两国的科研部门也相继发布半官方的战略文件,从多个维度规划本国量子科技的发展。

2019年10月,新加坡量子技术发展社区QuantumSG发布报告《新加坡量子技术:为未来做好准备》,提出未来新加坡应重点推进量子计算与模拟、量子通信、量子传感和计量,以及基础研究等四个领域的技术发展,并从技术、资金和人才、管理创新及国际合作四个方面提出15点发展建议,规划本国的量子科技发展。QuantumSG是新加坡量子科学界组成的科研组织,其成员大多来自新加坡国立大学、政府资助的量子技术中心等单位,因此,《新加坡量子技术:为未来做好准备》在一定程度上具有官方性质的指导意义。

2020年5月,澳大利亚的联邦科学与工业研究组织发布报告《成长中的澳大利亚量子技术产业》,制定了澳大利亚量子技术发展路线图,提出量子人才培养、技术成果商业化、多学科和多机构项目发展等8项建议,力图打造可持续的量子技术产业,生成并拥有支撑商业化应用的知识产权,实现澳大利亚在量子技术研发方面的全球竞争优势。联邦科学与工业研究组织是澳大利亚最大的国家级科技研究机构,因此,《成长中的澳大利亚量子技术产业》同样具有官方色彩。

图:世界主要国家和组织量子科技发展战略地图

二、世界主要国家和组织量子科技战略布局的特点

尽管各个国家和组织的社会经济发展水平各异,但都从国家兴衰、未来命运的前瞻视角,积极谋划量子科技发展战略,从而使其战略布局呈现出以下三方面特点:

(一)建设顶层协调机制,统筹管理与组织工作

量子科技取得突破性进展是举全国和组织之力共同作用的结果,需要建立统一的机制统筹政策制定、协调资源利用,并监督计划执行。美国的战略在此方面最为明确。

美国的《国家量子倡议法案》设立了三家机构协调美国量子科技发展:一是国家量子协调办公室,主要负责监督科研项目的跨机构协调,推动科研资源和成果的高效应用,作为联络枢纽沟通政、产、学、研等参与方的联邦民用量子信息科技活动。二是量子信息科学小组委员会,成员由国家标准与技术研究院、国家科学基金会、能源部、国家航空航天局、国防部、国家情报总监办公室、白宫管理和预算办公室以及科技政策办公室等联邦机构代表组成,主要负责协调量子信息科技研究、国际标准开发和使用的信息共享,以及联邦机构的教育活动和项目;制定国家量子计划的目标和优先事项;评估国家量子计划的基础设施需求、人才队伍情况、全球量子科技发展情况,以及国际研发合作机遇。三是国家量子倡议咨询委员会,主要负责为美国总统和量子信息科学小组委员会评估量子信息科技的发展趋势和状况,评估国家量子计划的实施进度和修改计划的必要性,并向总统提交评估报告。

(二)明确路线图时间表,集中力量攻研关键技术

量子关键技术的创新突破需要长时间的持续投入,因此,美国、欧盟等国家和组织的量子科技发展战略都制定了相应的路线图和时间表,分阶段实现发展目标。

《美国量子网络战略构想》规划了量子网络的“两步走”战略:第一步是未来5年,攻关量子网络基础科学和关键技术,包括量子互连器、量子中继器、量子存储器、高通量量子信道和洲际天基纠缠分发;第二步是未来20年,量子互联网链路将利用网络化量子设备实现经典技术无法实现的新功能,同时促进对量子纠缠作用的理解。美国能源部的《从远距离纠缠到建设全国范围的量子互联网》按照“由易到难”的原则设定了5个关键里程碑,用以衡量美国在建设全国性量子互联网是否取得进展。

欧盟的“量子技术旗舰计划”以10年为周期,在通信、计算、传感和模拟四个量子技术重点发展领域,划分为2018-2021年、2021-2024年、2024-2027年三个发展阶段,并设定了各阶段的建设目标。以量子计算为例,2021年前建成50-100比特的量子计算机原型;2024年前达成高效量子纠错;2027年前建成具有用户友好特征的量子计算机。在2018-2021年,“量子技术旗舰计划”将布局推进24个项目的研究,首批19个项目(参见图2)已于2018年10月启动。

图2 “量子技术旗舰计划”首批布局的科研项目

(三)打造创新生态系统,全方位助推技术发展

量子科技发展是一项系统性工程,因而美国、英国、德国、日本等国家的量子科技发展战略均侧重从科研、市场、人才、环境甚至国际合作等多个方面打造创新生态系统,全方位培育量子科技成果。以英国的《国家量子技术战略》为例,该战略提出从五个层面建设量子科技创新生态系统:在技术层面,通过人才、商业能力,以及政府支持与投资的有机结合提高量子技术开发效能;支持更多机构参与量子研究,并促进众多研究与试验资源的开放和共享。在应用层面,通过演示验证的资助、高效的沟通交流与市场分析,以及政府采购等方式,鼓励私人加大对量子科研的投资,加速成果转化应用。在人才层面,通过培养有活力的人才队伍满足未来量子产业的需求,并保障学术界、工业界和政府机构之间人员、创意和思想的自由流动。在社会环境层面,增强量子科技研发人员的使命感,并积极塑造有利于量子技术发展及商业应用的社会和制度环境。在国际合作层面,保持英国量子设备与技术全球供应商的竞争优势,并继续在全球量子技术开发方面发挥主导作用。该战略还建议英国启动一项为期10年的计划,支持学术界、工业界与其他参与者联合加速英国量子技术生态环境的建立

综上,加快发展量子科技,对促进高质量发展、保障国家安全的作用不容小觑。总书记指出,要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性,加强量子科技发展战略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋。为此,要加强顶层设计和前瞻布局,加强多学科交叉融合和多技术领域集成创新,形成我国量子科技发展的体系化能力;要健全政策支持体系,加快营造推进量子科技发展的良好政策环境;要加快基础研究突破和关键核心技术攻关,在量子科技领域取得高水平原创成果;要加快量子科技领域人才培养力度,加快培养量子科技领域的高精尖人才;要提高量子科技理论研究成果向实用化、工程化转化的速度和效率,促进产学研深度融合和协同创新。

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