國外量子信息戰略佈局分析
經典信息技術的繁榮緣於20世紀初開始的第一次量子革命。21世紀以來，量子物態調控技術的突破引發了第二次量子革命，揭示了量子與信息的天然內在關係，產生了量子信息技術。量子信息技術是量子物理與信息技術相結合的戰略性前沿科技領域，主要涉及量子計算、量子通信、量子探測和量子器件等方向。 量子信息技術在提高運算速度、確保信息安全和增強探測精度等方面具有廣泛的應用前景，已成爲各國開展科技、經濟等領域綜合國力競爭，維護國家技術主權與發展主動權的戰略制高點之一。 各國政府通過戰略規劃、項目支持、成立量子中心和量子聯盟等方式，整合量子新科研機構與工業團隊優勢資源，多維度佈局以推動量子信息技術產業快速發展，可爲我國量子信息技術的發展提供借鑑。
1 國外主要國家和地區量子領域組織實施概況
近年來，全球主要國家和地區加速推進量子領域的戰略佈局，出臺了多項頂層規劃，主導謀劃量子科技領域相關投資計劃的制訂和實施。
1.1 美國
美國是世界上最早佈局發展量子信息技術的國家。當前，美國已從戰略規劃、體制機制和研發應用等多個層面，圍繞量子科學的發展進行了充分的謀劃和佈局。
（1）戰略規劃方面。自2002年制定《量子信息科學和技術發展規劃》以來，美國始終高度重視自身在量子信息技術發展領域的引領作用，頻繁發佈相關戰略和政策文件，企圖在量子信息技術領域“打造一個涵蓋政府機構、學術機構、社區和私營部門的創新主體的創新生態系統”，對美國未來量子信息科學技術的發展進行了體系化佈局和規劃，美國量子領域戰略文件如表1所示。其中較爲典型的是2018年12月美國國會發布的《國家量子倡議法案》，該法案被譽爲美國在量子領域的“登月計劃”，提出了實施爲期10年的國家量子發展計劃，全方位加速量子科技的研究與應用，以確保美國量子科技的領先地位。2023年11月，美國兩黨立法更新《國家量子倡議法案》，支持將原法案期限延長至2028財年，旨在推動國家量子技術的研究和開發能夠順利進入下一階段，這一舉動標誌着對可能定義未來技術格局科學領域研究的深化承諾，此外，還將重點放在量子技術在現代場景中的應用上。
表1 美國量子領域戰略文件
（2）組織機構方面。美國政府採取一系列措施創新管理機制，推動量子信息科技的發展。美國共有國家量子協調辦公室（National Quantum Coordination Office，NQCO）、國家科學技術委員會量子信息科學小組委員會（Subcommittee onQuantum Information Science，SCQIS）、 國 家 量子倡議諮詢委員會（National Quantum Initiative Advisory Committee，NQIAC）3個聯邦協調機構，以成文法的形式促進機構間的規劃和合作，並充當國家量子倡議的管理者。其中，NQCO由白宮下轄，負責監督機構間的協調事務，提供戰略規劃支持；SCQIS負責協調量子信息科技研究、國際標準開發和使用的信息共享、教育活動和項目；NQIAC由來自學術界、工業界和政府的專家組成，其任務是評估量子信息科技的發展趨勢，爲國家量子計劃提供獨立的評估和建議。在量子科技研發生產項目的執行階段，美國軍方的國防高級研究計劃局、各軍種實驗室，民用的國家科學基金會、能源部、美國國家標準域技術研究院，以及國家情報高級研究計劃局等機構均積極參與量子科學與技術研發。
1.2 歐盟
歐盟在量子科技方面的政策規劃起始於20世紀90年代，量子通信自那以後一直是歐盟的重點發展方向。隨着歐盟“歐洲量子技術旗艦計劃”的推進，其在量子計算、量子通信和量子傳感等多個方向展現出強勁的發展勢頭。
（1）戰略規劃方面。歐盟量子領域戰略文件如表2所示。2016年3月，歐盟委員會發布《量子宣言》，計劃投入10億歐元來推動“量子技術旗艦計劃”。《量子宣言》於2018年啓動量子旗艦計劃，主要關注量子通信、量子模擬器、量子傳感器和量子計算機4個細分領域，並劃分出短、中、長期目標進行有計劃的研究。2021年10月，歐洲核子研究中心發佈《量子技術計劃：戰略和路線圖》，詳細描繪了中長期量子研究的技術路線圖，並制定了綜合性的研發、學術和知識共享舉措，旨在指導政府、學術界和產業界等諸多利益相關者協同突破量子技術的發展瓶頸。
表2 歐盟量子領域戰略文件
（2）組織機構方面。歐盟構建了專業的量子組織架構，在量子旗艦項目下設置了量子旗艦社區，包括工作組、量子社區網絡（QuantumCommunity Network，QCN）、歐洲量子產業聯盟（Quantum Industry Consortium，QuIC）3個主體，圍繞量子合作伙伴、研究設施、供應鏈、科學教育體系、科學精神與文化5個方面，互相配合、協同發展，共同建設歐洲量子創新生態體系。其中，工作組負責聯繫和團結社區內所有主體，以推動量子旗艦計劃的順利實施；QCN的定位是智庫團體，負責收集並分享量子科技活動信息及實踐應用案例，促進國家量子技術倡議和歐洲量子交流與項目協調等；QuIC以企業爲主體，打造綜合性產業聯盟，旨在提升歐洲量子產業的競爭力，促進整個地區的價值創造。
1.3 英國
英國致力於成爲量子信息技術研究的全球領先國家，將量子技術提升至影響未來國家創新力和國際競爭力的重要戰略地位。
（1）戰略規劃方面。2013年，英國啓動全世界第一個系統性的發展量子技術的國家戰略文件——國家量子科技計劃（National Quantum Technologies Programme，NQTP），該計劃價值約10億英鎊，旨在加強政府、產業界和學術界2015年，英國先後發佈《量子技術國家戰略》和《英國量子技術路線圖》，引導英國在未來20年的量子信息技術的研發和投資。2023年3月，英國發布最新版《國家量子戰略》，闡述了量子技術對英國國家繁榮和技術安全的重要性，明確了英國在未來10年成爲世界領先的量子經濟體的願景，並制訂了具體行動計劃。
表3 英國量子領域戰略文件
（2）組織機構方面。早在《2013年秋季聲明》中，英國政府即宣佈在此後5年內投資2.7億英鎊設立英國國家量子技術計劃，同時成立量子技術戰略顧問委員會。2014年12月，英國又宣佈創立價值爲1.2 億英鎊、由4個量子技術樞紐組成的聯盟——包括17所大學和132家公司，以推動具有商業可行性的新量子技術。英國研究與創新中心2021年投資9300萬英鎊建立了國家量子計算中心，旨在聯合國內產學研各方力量，快速推動量子計算科學的創新和應用，以促進英國量子計算產業的增長，從而推動就業和創新。此外，英國國防部還資助了一些與NQTP 相關的國防科學技術實驗室項目，用於研究量子的國防應用。
1.4 其他國家
除上述國家外，其他國家對量子信息技術也逐漸投入越來越多的精力，如表4所示。僅2023年，就有6個國家相繼發佈量子信息相關國家戰略規劃，量子信息領域的國際競爭日趨激烈。
表4 其他國家量子領域戰略文件
（1）澳大利亞。2020年5月，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織制定併發布報告《成長中的澳大利亞量子技術產業》，確定支持量子生態系統的行動，行動將通過澳大利亞新興高科技產業的發展，將澳大利亞的智力資本轉化爲經濟價值。2023年5月，澳大利亞發佈《國家量子戰略》，戰略願景是成爲全球領先的量子技術創新中心，該戰略旨在通過聚焦4個關鍵領域，即量子計算、量子通信、量子傳感器和量子仿真，以開發出能夠解決現實世界問題的新技術。澳大利亞還希望通過加強本土量子產業生態系統建設，吸引國際人才資本，進一步推動該領域的發展，併爲未來的科技創新注入動力。
（2）加拿大。加拿大被認爲是量子研究的世界領先國家之一。根據2015年對全球量子研究工作的評估，加拿大在量子科學的年度總支出中排名全球第5位 。在過去10年中，加拿大在量子研究方面投資了超過10億美元。2023年3月，加拿大政府發佈《國家量子戰略》，支持加拿大的量子部門建設，鞏固加拿大在量子技術領域的領先地位。該戰略將沿着量子研究、人才和商業化3個支柱來引導投資，以實現量子計算機和軟件、量子通信、量子傳感器3個關鍵任務。在國家層面，加拿大由創新、科學和經濟發展部統籌制定政策，國家研究委員會負責具體技術實施計劃；在行業層面，業界結合技術優勢成立量子工業協會統籌技術開發和產業化，建立涵蓋全球創新集羣、區域發展機構和中小企業的多層級協同產業集羣；在學術層面，依託專家和研究機構成立量子諮詢委員會，負責量子技術的發展和協調，通過量子研究和發展倡議推動政府部門和研究機構共同研發量子信息技術。
（3）韓國。在量子信息技術領域，韓國目前處於借鑑爲主、自上而下的初步發展階段。在國家層面，由科學與信息通信技術部統籌制定政策；在行業層面，結合業界技術優勢成立量子科技區域合作中心，負責統籌技術開發和產業化發展，通過“超級初創企業1000+計劃”和政策性財政支持，重點培育量子企業；在學術層面，培育量子研究生院和量子教育與研究中心，促進以任務爲導向的量子研究和開發。2023年6月，韓國發布《國家量子科技戰略》，提出以下發展目標：一是開發和利用量子計算機；二是從互聯網強國邁向量子互聯網強國；三是通過與國防和先進工業融合，用世界一流的量子傳感器搶佔世界市場。
（4）日本。在量子計算領域，日本的發展策略已由之前的“韜光養晦”開始走向“鋒芒畢露”，研究方向也聚焦領域化發展，成立臨時性協調機構以解決具體問題。在國家層面，由內閣各省部自行確定領域技術，設立相應的推進委員會、理事會和顧問委員會進行技術管理和協調；在行業層面，通過各省部結合具體任務召集相關產業建立研發組織機構或聯盟，日本的產、官和學3方各司其職、相互促進；在學術層面，依託量子科學技術委員會、量子技術創新基地等組織對尖端領域進行研究，聚焦量子技術與人工智能、生物技術、安全技術的融合創新和成果應用。
2 國外推進量子信息技術發展的主要特點
儘管各個國家和組織的社會經濟發展水平各異，但都積極謀劃量子科技發展戰略，其戰略佈局基本遵循並符合體系工程方法，主要呈現出以下5個特點。
2.1 重視數字基礎設施建設支撐量子科技發展
數字基礎設施作爲激發技術創新與應用、推動量子信息技術和產業高質量發展的基石，被世界各國高度重視。2018年，美國《重建基礎設施立法綱要》提出投資建設5G通信基站、寬帶網絡和大數據等基礎設施；2021年，美國《基礎設施投資和就業法案》佈局電網和寬帶網絡等基礎設施建設領域；2023年，美國《國家人工智能研發戰略規劃》提出開發人工智能共享數據集和測試環境平臺、開源軟件庫和工具集；《歐洲人工智能》提出要率先確立合適的人工智能倫理與法律框架，對現有人工智能產品的權責進行規範；德國《聯邦政府數據戰略》提出要提高數據技能並建立數據文化，最終目標是使德國成爲數據使用的世界領導者；英國《國家基礎設施戰略》將科技基礎設施視爲政府戰略的核心，高度重視以5G技術爲代表的信息基礎設施對全國基礎設施建設的賦能作用。
2.2 量子信息技術標準化研究受到重視並得到加速推進
隨着全球範圍內量子信息技術領域的樣機研究、試點應用和產業化迅速發展，在術語定義、性能評價、系統模塊、接口協議、網絡架構和管理運維等方面的標準化需求也逐漸顯現。歐洲電信標準化協會成立量子密鑰分發行業規範組織，已發佈術語定義、系統器件、應用接口、安全證明和部署參數等技術規範；國際標準化組織和國際電工委員會的第一聯合技術委員會成立了量子計算研究組和諮詢組，發佈了量子計算研究報告和技術趨勢報告；國際電氣和電子工程師協會啓動量子技術術語定義、量子計算性能指標和軟件定義量子通信協議3個研究項目；國際電信聯盟電信標準化部門對量子信息技術發展演進及其對信息通信網絡與產業的影響保持高度關注；國際電信聯盟電信標準化部門已開展量子密鑰分發網絡的基本框架、功能框架、密鑰管理和軟件定義控制等研究項目；國際電信聯盟電信標準分局成立量子信息技術研究焦點組，對量子密鑰分發網絡、量子信息網絡等相關議題開展標準化預研。
2.3 持續強化量子科技項目規劃佈局與投資強度
自2018年歐盟投資“量子技術旗艦計劃”和美國提出《國家量子倡議法案》以來，世界各國持續加強量子信息技術的研發投入，佈局系列研究項目以掌握量子關鍵核心技術，探索量子應用，促進產業培育。據公開信息不完全統計，截至2023年10月，全球主要國家和地區（除中國外）量子信息科技領域的投資預算總規模已達230億美元。2023年1月，美國國家科學技術委員會發布的《國家量子倡議法案》2023年報顯示，5年來的實際投資遠超原定計劃投資。2019財年投資4.5億美元，2020財年投資6.7億 美 元，2021財年投資超過8.5億美元，2022財年投資10.3億美元，2023財年投資9.3億美元，5年累計投入就達39.4億美元，大大突破了《國家量子倡議法案》中10年內計劃投入12.75億美元的預算。
2.4 量子信息技術與產業生態培育受到多方重視
在推動量子信息技術探索的同時，各國也愈發注重量子信息科研成果的應用轉化，體系化佈局量子信息產業的培育。一是從國家層面上成立和運營各類量子信息產業聯盟。美國最早成立量子經濟發展聯盟，該聯盟由斯坦福研究院運營，是近年來發展最活躍的量子產業平臺，聯盟成員囊括高校、科研院所、科技企業和初創公司，且數量已擴張至36個國家305家機構。此外，荷蘭、加拿大、德國和日本及歐盟等國家和組織也成立了量子信息產業聯盟，旨在促進政府、科研機構和產業公司等利益相關方的交流與合作。二是以科技企業爲主組建量子信息行業研究平臺。IBM公司運營超導量子計算QExperience雲平臺及OpenQASM軟件編程框架，爲全球180餘家機構提供軟硬件一體化服務，並開展聯合研發；亞馬遜聯合多家量子計算硬件廠商提供商業級量子計算雲服務；芝加哥量子交易所、西北量子網絡等行業聯盟平臺在量子器件技術研發、量子計算機研製與測試、應用開發等方面相互合作。
2.5 量子科技產業前景被廣泛看好，市場投入受到普遍重視
隨着量子計算的優越性得到實驗驗證，量子計算已從實用化優勢進入應用場景探索的新階段。在量子模擬方面，Google公司與Looker公司合作研究量子計算藥物研發前沿用例；美國芝加哥大學利用IBM“蜂鳥”量子處理器，模擬製造一種被稱爲“激子凝聚態”的量子材料。在量子組合優化方面，Multiverse Computing公司推出奇點投資組合混合求解器，用於量化投資優化分析；AlgoDynamix使用量子退火算法提供用於財務行爲分析的預測服務。在量子線性代數方面，哈佛大學利用裡德堡原子陣列，積累量子遞歸神經網絡的認知任務學習經驗；NASA設立量子人工實驗室來解決航空、地球和空間科學及太空探索任務中出現的計算任務和機器學習優化問題。
此外，量子信息初創企業獲市場高度關注，過去5年投融資規模經歷了一輪爆發性增長。2021年和2022年量子信息領域融資金額均超過20億美元，超過2011—2020年共10年的投資總和。值得注意的是，量子信息市場投資高度集中在量子計算領域，其中量子計算系統硬件製造企業最受追捧，這也反映了量子計算軟硬件研發對於量子技術實用化和產業培育的重要推動作用。2023年，受全球經濟衰退的影響，量子信息領域總融資存在小幅回落，回落至10億美元量級，增速略有放緩。
3 結語
量子信息將深刻變革物理域、信息域和認知域的技術發展，浸入人類社會的方方面面。國外主要國家和地區通過加強戰略佈局和項目投入、重視基礎設施及標準建設、培育技術產業生態等措施，全方位推進量子信息科技的發展。未來，建議運用科學體系工程思想，融合全國科技產業要素，夯實產業基礎，深耕示範應用，加速技術迭代，打造自主可控的量子信息科技產業體系。
作者：李碩1,2、李欣欣1,2、張雪松3、潘成康4、李巧明1,2
1 中電科發展規劃研究院有限公司
2 中國電子科技集團有限公司發展戰略研究中心
3 中國電子科技集團有限公司電子科學研究院
4 中國移動通信有限公司研究院
本文轉載自微信公衆號信息安全與通信保密雜誌社 ，原載於《信息安全與通信保密》2024年第5期
本文有刪節
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