中共政治局學習的“量子科技”有多重要？與美歐日競爭，中國能搶佔先機嗎？

科技改變人類的生活，也在改變全球競爭的模式。

中國國家高層已經認識到，當今世界大變局，科技創新是一個關鍵變量。

10月16日，中共中央政治局舉行集體學習，內容是“量子科技研究和應用前景”。量子科技專家、清華大學副校長、中國科學院院士薛其坤就這個問題進行了講解，並提出了意見和建議。

中共中央總書記習近平指出，“量子科技發展突飛猛進，成為新一輪科技革命和產業變革的前沿領域”，“要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性，加強量子科技發展戰略謀劃和系統佈局，把握大趨勢，下好先手棋”。

這是量子科技第一次在公開層面進入到中共最高決策層的集體關注視野中。

1 量子科技有多麼重要

最近幾十年裡，幾乎每隔十年都會有新技術誕生，催生新的技術革命。

當前，量子技術已成為未來人類的核心技術，有分析稱，“支配量子的國家將支配世界”。

上世紀五十年代開始的晶體管、激光、硬盤、GPS和半導體等技術催生了信息時代。這就是第一次量子技術革命，它從認識量子世界、發現量子效應，進入到發展量子技術的應用。

現如今，量子計算、量子通信、量子精密測量和傳感技術的興起和發展，也正在推動信息技術向量子信息技術跨越，將可能引發新的技術革命。這就是我們所說的第二次量子技術革命時代，以量子計算、量子通信和量子測量為代表。

現在進入新一輪量子技術革命時代。量子科技的發展具有重大的科學意義和戰略價值，是一項對傳統技術體系產生衝擊、進行重構的重大顛覆性技術創新，並將引領新一輪科技革命和產業變革的方向。

量子科技與當下大火的5G、人工智能、大數據、物聯網等都是新一輪科技革命的代表。新的技術會引發新的革命，蒸汽機、電力和計算機的出現及應用成為撬動全球政治經濟版圖的利器，20世紀50年代的晶體管、半導體等技術讓人類進入信息時代，量子計算、量子通信等將推動信息技術向量子技術跨越，新的技術革命正在到來。誰能佔得此次科技革命的制高點，誰就為自己贏得了一席之地。

從量子科技本身來看，它是一種顛覆性的技術，比如量子計算有朝一日可能徹底破解當前用於保護各國政府以及企業內機密的現代計算機加密算法，量子雷達與傳感機制則可能快速發現隱形飛機與水下潛艇的位置，量子導航能夠全面擺脫對太空GPS衛星的依賴，同時提供精確的地理定位功能。

英特爾量子硬件部門總監Jim Clarke表示：“量子可能是未來100年最重要的計算機技術，就好像宇宙空間科學一樣，它的研究可能要通過一代人的努力才能進步一點點。”

安全的量子通信在國防、軍事、金融等領域應用前景廣闊。專家預測，量子通信技術可能在20至30年後對人類社會發展產生難以估量的影響。量子通信因其傳輸高效和絕對安全等特點，被認為是下一代通信和計算機技術的支撐性研究，也已成為全球物理學研究的前沿與焦點領域。

如果未來這樣的技術在某個國家實現突破，他國的政治、經濟和軍事機密等被暴露無遺，一國的“國家安全”也將受到嚴重的挑戰，現下的國際秩序規則也將受到威脅。

大國對量子科技的重視背後是對新一輪工業革命到來所做的準備，它關乎一國的安全，也關乎一國的國際地位。國與國之間的競爭已經不再是正面的戰爭形式，而是科技之爭，這將是決定一國未來的關鍵之所在。

以量子計算、量子通信、量子精密測量為代表的量子信息技術已成為未來國家科技發展的重要領域，量子科技很有可能在本世紀掀起一場新的產業革命。

2 美歐日英競相搶佔量子科技先機

目前，世界重要國家紛紛開展了國家級量子科技戰略佈局，在進行頂層規劃、研究應用佈局的同時大幅增加投入。

一場量子科技競賽巨幕已經拉開。

美歐日等科技大國已經嚐到了科技發展帶來的甜頭，也致力於在高新技術層面繼續發力，以維持自己在全球中的優先地位。

相比於中國高層還處於“學習”階段，歐美日已經提前佈局量子科技，從國家層面發表了有關“量子”的戰略計劃和安排。

——美國在量子科技領域的動作不斷

2018年6月，美國國家科技委員會（NSTC）在成立了量子信息科學子委員會，協調聯邦政府關於量子信息科學的研發活動。

2018年9 月，特朗普政府發佈《量子信息科學的國家戰略概述》，指出量子測量有望為軍事任務提供先進的傳感器，發展新的測量科學和量子基準，改善導航和定時技術。

同月，由白宮科技政策辦公室主辦的量子信息科學峰會宣佈成立量子經濟發展聯盟聯合體。

同年12 月21 日，特朗普簽署《國家量子倡議法》，全方位加速量子科技的研發與應用，確保美國量子科技領先地位，開啟量子領域的“登月計劃”。

根據法案，美將制定量子科技長期發展戰略，實施為期10年的“國家量子計劃”。政府未來5年內將斥資12.75億美元開展量子信息科技研究，其中美國國家標準與技術研究院獲資4億美元，制定量子科技發展標準；國家科學基金會獲資2.5億美元，支持量子科技人才建設；能源部獲資6.25億美元，成立量子信息科研中心，加速科技攻關。此外，美將成立國家量子協調辦公室，協調政府機構、學術和產業界，形成發展合力。

今年2月，特朗普政府在2021年度的政府財政預算提案中提到，希望將更多資金投入到人工智能和量子信息科學當中。

8 月26 日，白宮、美國國家科學基金會和美國能源部宣佈，將在全國範圍內設立12 個新的人工智能和量子信息科學研發機構，為其提供超過10 億美元的資金支持。

10月7日，白宮科學和技術政策辦公室啟用了國家量子協調辦公室的官方網站，同時發佈了《量子前沿報告》，內容同樣有關“量子”。

10月15日，美國發布了《關鍵與新興技術國家戰略》，在20項關鍵與新興技術的清單中，量子信息科學在列。

——歐盟早就啟動了量子科技研究

2016年3月，歐盟於發佈《量子宣言(草案)》，呼籲建立10億歐元的量子技術旗艦計劃，其中量子測量作為重要研究領域，計劃在科學研究、產業推廣、技術轉化、人才培養等方面都給予重要支撐。

2018年10月，歐盟投資10億歐元啟動為期10年的量子技術旗艦計劃，並啟動首批19個科研類項目，迎接“第二次量子革命”。

當年，德國發布“聯邦量子技術計劃”，1期投入6.5億歐元（1歐元約合1.13美元）；在新冠肺炎（COVID-19）疫情後的經濟刺激計劃中，特設“量子專項”，再投入20億歐元。

今年4月，歐盟有24個成員國承諾，在未來10年共同研發和部署歐盟量子通信基礎設施。

10月1日至2日，在歐盟峰會上，各國領導人希望在歐盟預算和復甦計劃下，在未來7年向歐盟國家提供的1.8萬億歐元中“相當大的一部分”投資於超級計算機和量子計算、區塊鏈、以人為本的人工智能、微處理器、5G移動網絡或網絡威脅防護及安全通信領域。

——日本更早進入量子科技領域

2012年，日本就計劃成立量子信息和通信研究促進會以及量子科學技術研究開發機構，未來10 年內投資400億日元（1日元約合0.0094美元），支持量子通信和量子信息領域的研發。

今年1月，日本統合創新戰略推進會議發佈《量子技術創新戰略（最終報告）》，並在8月宣佈將建8個量子研發基地。

——英俄印也在將目光投向量子技術

**英國：**2015年，發佈《英國量子技術路線圖》，正式啟動“國家量子技術計劃”。該路線圖對原子鐘、量子傳感器、量子慣性導航和量子增強成像等技術領域可能的商業化時間和發展路線圖進行了分析和研究，並且在《量子技術國家戰略》中強調了量子領域基礎研究、技術應用、人才培養和國際合作方面的發展戰略。

2018年10月，英國聯合新加坡啟動了量子衛星項目。

目前已累計投資超過5億英鎊建立量子技術研發中心。

俄羅斯：2019年12月6日，俄羅斯副總理阿基莫夫（Maxim Akimov）在索契舉行的技術論壇上提出（俄羅斯）國家量子行動計劃，擬5年內投資約7.9億美元，打造一臺實用的量子計算機，並希望在實用量子技術領域趕上其他國家。

今年9月4日，俄羅斯政府委員會批准了俄羅斯鐵路公司牽頭制定的俄聯邦量子通信發展路線圖。

印度

今年3月，印度財政部長斯塔拉曼（Nirmala Sitharaman）在政府2020年預算中宣佈了一項國家量子技術與應用任務，任務為期五年，總預算支出為800億盧比（約11億美元） ，由科技部實施。相比印度政府在過去5年裡量子計算研究的預算2,790萬美元，投入增加了40倍。

3 中國在量子科技領域的地位如何

中國作為新興國家，在過去的三次工業革命中都被邊緣化，如今面臨量子科技新的機遇，更為迫切地希望抓住。

中國在量子科技領域的地位如何？

量子信息是量子物理與信息技術相結合發展起來的新學科，主要包括量子通信和量子計算2個領域。量子通信主要研究量子密碼、量子隱形傳態、遠距離量子通信的技術等等；量子計算主要研究量子計算機和適合於量子計算機的量子算法。

今年5月，《華爾街日報》曾對美中兩國在五大科技領域的優勢進行對比，其中包括量子計算領域的優勢比較。對比的結果是，就建造量子計算機而言，美國無疑是全球領導者。中國的科學家也已建造量子計算機，但仍落後美國很多年。但是，在量子通訊方面，中國領先於美國。

騰訊網10月19日刊載的文章也說，中國在量子通信及量子計算兩個領域都有不錯的科技實力，尤其是量子通信更是在全世界領跑。同時坦承，中國在量子計算方面並沒有太突出的優勢，與世界領先水平有一定的距離，不過中國方面正在追趕。

歐洲量子通信泰斗、日內瓦大學教授、瑞士IDQuantique公司創始人、董事長尼古拉斯·吉森(Nicolas Gisin)對第一財經記者表示：“中國在量子通信方面的技術非常領先，但是在量子計算機和量子芯片等領域還有進一步提升的空間。”

中國在量子通信領域的基礎科研成果走在世界前列。2016年8月，中國成功發射人類歷史上首顆量子衛星“墨子號”。2017年，星地量子密鑰分發的成碼率已達到10kbps量級，成功驗證了星地量子密鑰分發的可行性。目前經過系統優化，密鑰分發成碼率已能夠達到100kbps量級，具備了初步的實用價值。

相關專家估計，目前中國在衛星量子通信方向領先美歐等發達國家五年左右時間。但國際上的技術競爭相當激烈，不進步就會被超過。

相關資料顯示，在彰顯國家基礎科研實力的論文數量方面，量子計算機方面先行一步的美國，2014年到2018年共發表該領域研究論文1948篇，高居全球第一；排名第二的中國1495篇。另一方面，中國在與安全保障相關的量子密碼相關領域佔據優勢。在論文數量上，中國發表了2169篇，約為美國的兩倍；包括涉及傳感器在內的總體論文數量中國也是排在第一位。

業內人士認為，中國在量子計算領域剛剛起步，仍處於落後追趕的地位。有關專家指出，由於研發投入不足，人才和設備缺乏，都導致中國在量子計算方面遠落後於美國。

有關資料顯示，中國目前能做量子計算的人不超過百位數量級，有能力做量子計算的團隊不超過十位數量級。

近日，知識產權產業媒體IPRdaily與incoPat創新指數研究中心發佈的一項全球量子計算技術發明專利排行榜顯示，美國公司在榜單中佔比高達43%，中國公司佔比12%。入榜企業前6位都被美國公司佔領，分別是IBM、DWave、谷歌、微軟、Northrop Grumman、英特爾，而中國本源量子以77項專利排名第7。儘管包括阿里巴巴、騰訊、百度和華為在內的中國科技巨頭都在佈局量子計算，但是都處於初期階段。

4 中國量子科技研究還有很長的路要走

依據目前掌握的資料，中國量子科技研究起步於2011年開始。

2011年底，中科院戰略性先導科技專項“量子科學實驗衛星”正式立項。中國科學技術大學潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團隊，聯合中科院上海技術物理研究所王建宇研究組、微小衛星創新研究院、光電技術研究所、國家天文臺、紫金山天文臺、國家空間科學中心等經過艱苦攻關，最終研製成功了“墨子號”量子科學實驗衛星。

該成果發表《科學》《自然》等國際頂級學術刊物上，被譽為“令人欽佩的成就”“本領域的一個里程碑”。

2013年，中國科學院院士，中國科學院物理研究所研究員薛其坤首次發現了量子反常霍爾效應。這一消息一經發布，就被楊振寧等人評價為諾貝爾獎級別的發現。

2016年是中國在量子科技領域取得重大進展的一年。

當年，中國在國家重點研發計劃中設立“量子調控與量子信息”重點專項，將量子調控與量子信息技術納入國家發展戰略，將量子精密測量定為重點研究領域，提出支持量子精密測量技術的“原子陀螺儀”、“空間量子成像技術”、“原子磁強計”和“芯片原子鐘”諸項目。

中國還耗資100億美元，在華東地區建設巨大的量子信息科學實驗室。

當年最重要的成果就是發射了“墨子號”量子衛星。這是中國完全自主研製的世界上第一顆量子科學實驗衛星。這顆衛星被起名為“墨子號”，是為了紀念2000多年前崇尚科學的中國古代思想家墨子-他是世界上第一位開展光學實驗的科學家。

“墨子號”開啟了全球化量子通信、空間量子物理學和量子引力實驗檢驗的大門，為中國在國際上搶佔了量子科技創新制高點，成為了國際同行的標杆。

當年6月16日，“墨子號”的第一個重要成果-國際上率先實現千公里級的量子糾纏分發以封面論文的形式發表在《科學》雜誌上。這個實驗證明量子糾纏，這種令愛因斯坦都感到困惑的“遙遠地點間的詭異互動”，在這樣大的尺度上依然存在。

當年8月10日，《自然》雜誌刊登了“墨子號”取得的另外兩項成果：星地量子密鑰分發和地星量子隱形傳態。《自然》雜誌物理科學主編卡爾·齊姆勒斯說，這一系列實驗表明，量子技術已經突破了天空的限制。

在不到一年的時間內，“墨子號”完成了原計劃開展兩年的科學實驗目標。中國科學院院長白春禮說，這標誌著中國量子通信研究在國際上達到全面領先的優勢地位。

2017年5月，“墨子號”在國際上首次成功實現了千公里級的星地雙向量子通信。中國科學家利用“墨子號”開展的衛星到地面的量子密鑰分發和從地面到衛星的量子隱形傳態，為構建覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了堅實的科學和技術基礎，同時向著空間尺度的量子物理和量子引力的實驗探索邁出了第一步。

“墨子號”首席科學家、中國科學院院士潘建偉說，這表明中國正從經典信息技術的跟隨者，轉變成未來信息技術的並跑者乃至領跑者。他說，以星地量子密鑰分發為基礎，將衛星作為可信中繼，可以實現地球上任意兩點的密鑰共享，將量子密鑰分發範圍擴展到覆蓋全球。此外，將量子通信地面站與城際光纖量子保密通信網（如合肥量子通信網、濟南量子通信網、京滬幹線）互聯，可以構建覆蓋全球的天地一體化保密通信網絡。

目前，奧地利已經與中科院科研團隊展開合作，德國、意大利等國家的科研團隊也申請加入，“領跑”的量子衛星所產生的聚合效應已經顯現。

與此同時，中國在量子計算機研究方面也取得了突破性進展，構建出世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機，為最終實現超越經典計算能力的量子計算奠定了堅實基礎，國際學術界將這一目標稱為“量子稱霸”。

這個量子計算機尚處在“嬰兒”階段的成果，誕生在上海的中科院量子信息和量子科技創新研究院實驗室內三平米的工作臺上。專家預計，中國有望在今年年底製造出能與通用手提電腦計算能力相比擬的量子計算機，並計劃在2020年製造出超越目前最強大的超級計算機的量子計算機，實現“量子稱霸”。

截止目前，尚未看到“超越目前最強大的超級計算機的量子計算機”面世的報道。

目前, 中國科學技術大學潘建偉團隊正在三個很有希望的方向上努力推進：光子量子計算、超冷原子量子計算和超導量子計算。

2019年9月，楊振寧在墨子獎的頒獎典禮上，稱讚量子力學促成了現代計算機和互聯網產業，這些在20世紀為人類產生了決定性的影響。並且楊振寧重點提到了量子計算和量子通信，稱量子計算和量子通信“將主宰21世紀”。

今年5月26日，中國科研團隊在國際物理學界最權威的綜述性期刊《現代物理評論》(Reviews of Modern Physics)上發表了一篇題為“基於現實器件的安全量子密鑰分發”的長篇綜述論文，系統闡述了量子密碼的原理、理論和實驗技術，回答了“量子密碼破譯者能否通過利用輔助渠道成功破解真實系統”以及“量子密碼製造者是否能夠設計創新對策來挫敗量子密碼破壞者”等問題。這篇綜述中所涉及的技術理論和實驗，將為量子密碼的廣泛應用以及標準化制定奠定基礎。

今年10月16日，國家明確提出要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性，加強量子科技發展戰略謀劃和系統佈局。量子科技迎來重大利好。

總體而言，目前中國在量子通信產業化方面走在全球前列，但是在量子計算和量子模擬傳感方面仍然落後於歐美國家。

實際上，中國科技企業真正的短板，在於短期效益遮住了中國科技企業的眼光，不論就其科技視野和戰略策劃方面，都遠遠不及西方企業。

中國科技企業要迎頭趕上美歐日等發達國家，還有很長的路要走。關鍵是要改變自己，著眼於長遠戰略的謀劃與佈局，短期則要臥薪嚐膽，加大投資和廣招人才，腳踏實地潛心研究。

還是那句老話：千里之行始於足下！彈跳的力量基於腰腿的強勁！

5 最重要的是尊重人才和招攬人才

中國要在量子科技領域趕超美歐日發達國家，最重要的是人才，要尊重人才，制定有利於人才培養和招攬的政策。

正如中國領導人最近指出的，加強量子科技發展頂層設計和前瞻佈局、健全政策支持體系、加快基礎研究突破和關鍵核心技術攻關、培養造就高水平人才隊伍以及促進產學研協同創新。

好在中國已經有一批量子科技方面的領軍人才，如享有多國院士頭銜的清華大學交叉信息研究院院長、清華大學-麻省理工學院-香港中文大學理論計算機科學研究中心主任，世界頂尖計算機學家、歸國公民姚期智。他最先提出量子通信複雜性，提出分佈式量子計算模式，後來成為分佈式量子算法和量子通訊協議安全性的基礎。他創建理論計算機科學的重要次領域、奠定現代密碼學基礎、量子計算領域，是世界現代密碼學基礎的奠基人。

2010年，姚期智教授意識到未來量子信息和量子科技將成為新的發展點，中國必須跟上並且走在世界前列，開始著手在清華組建一支能在量子計算領域做出創新工作的團隊。

中國更有一批中青年領軍人物，如大家熟知的，發現了量子反常霍爾效應的60後中國科學院院士薛其坤，“墨子號”首席科學家、70後的中國科學院院士潘建偉等。

還有一個70後的清華大學教授段路明，曾是中科大最年輕的教授、博士生導師之一，也是《Physical Review Letter》的特邀審稿人和《Nature》的特約審稿人。2000年底，段路明在《Physical Review Letter》上發表《糾纏與壓縮原子束》一文，提出了在量子通信領域極富應用價值的新觀點、新方法，從而在量子科學整個領域享有盛名。

段路明在姚期智邀約下，毅然放棄在美國的優厚待遇，決定加盟了清華大學，報效祖國。

特別值得一提的是，現在出現了80後青年領軍人物：中國科學技術大學陸朝陽教授。

資料顯示，出生於1982年的陸朝陽，2007年24歲的他做為第一作者在國際上首次實驗實現了六光子糾纏“薛定諤貓態”和“簇態”，刷新了光量子糾纏的兩項世界記錄；2008年，潘建偉主動推薦陸朝陽進入劍橋大學卡文迪許實驗室轉向固態量子光學的研究，博士一畢業，陸朝陽便迴歸潘建偉的量子信息團隊，在量子計算、量子通信、多光子糾纏、光子操控等方向上獲得突破。

2016年，陸朝陽參與的“多光子糾纏及干涉度量”項目獲中國國家自然科學一等獎；2017年6月，歐洲物理學會宣佈，授予陸朝陽2017年度菲涅爾獎，以表彰其“在量子光源、量子隱形傳態和光學量子計算方面的傑出貢獻”。他也成為第三位獲該獎項的中國科學家；2019年12月，日本仁科紀念基金會宣佈，將2019年度“仁科芳雄亞洲獎”授予中陸朝陽，以表彰他在“基於單光子的量子信息科學方面的傑出貢獻”。

今年2月，美國光學學會將2020年度阿道夫隆獎章陸朝陽，以表彰他“在光學量子信息技術領域做出的貢獻。這也是中國國內首位獲此獎項的科學家。

10月6日，美國物理學會宣佈，授予中國科學技術大學陸朝陽教授2021年度“蘭道爾—本內特量子計算獎”，表彰他“在光學量子信息科學，特別是在固態量子光源、量子隱形傳態和光量子計算方面的重要貢獻”。

國際頂級科學期刊《自然》雜誌推出中國特輯，選出10位中國“科學家之星”，陸朝陽在列。在《自然》雜誌的新聞特稿中，奧地利維也納大學教授、沃爾夫物理學獎獲得者安東·蔡林格（Anton Zeilinger）將陸朝陽稱為“量子巫師”。