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1　前言

當前，在新時期，全球涌現“量子科技”潮。世界多國量子通信研究與應用的政策支持與項目布局全面展開，競爭態勢日益明顯。

出現這一潮流的背景是：量子技術正從實驗室走出來，在傳感、通訊、信息處理、信息安全等領域實現前所未有的跨越式發展。量子時代正成為近期科技創新的聚焦點。人類社會正在進入“量子技術”時代。

量子力學和相對論是20世紀物理學的兩大支柱，相對論隨著愛因斯坦的名字不斷地出現在各種場合，為世人普遍知曉，量子力學則似乎一直居于學術象牙塔中，較少為人們所熟悉。其實，量子力學這一研究微觀粒子運動規律的物理學分支學科，與相對論一起奠定了現代物理學的基石。如果說牛頓力學是宏觀物理世界的理論基礎，那么量子力學毫無疑問是微觀物理世界的理論基礎。

量子力學在基礎與應用各方面取得了一個又一個成功，同時也使人類生產生活發生深刻變革。諾貝爾獎得主萊德曼在20世紀90年代曾說過，量子力學貢獻了當時美國國內生產總值的三分之一。量子計算、量子通信、量子控制、量子密碼、量子傳感……創造出新一代的產品與技術，將成為“第四次工業革命的引擎。”因此，引起世界范圍各國的爭相共鳴，并投入巨大的財力、物力、人力進行研究。形成了一股洶涌澎湃、振蕩全球的“量子科技”潮流。

近年來全球量子技術的競爭，已不僅局限于谷歌等巨型公司之間，英美政府和歐盟也紛紛加入角逐。“其根本原因是量子技術有望成為未來各國競爭的制高點。2018年，“量子霸權”成為一個熱詞，頻頻見諸報端。其實，此“霸權”非彼霸權，“量子霸權”是一個量子計算發展程度的標志，意思是指當量子計算機發展到50個左右量子比特時，其計算能力將超越世界上最快的傳統計算機，從而“稱霸”于計算領域。可以說，其對推動信息科技跨越式發展、維護國家安全等都具有非同尋常的意義。

基于此，控制理論與工程領域必然的發展趨勢是會出現與“量子科技”相互融合交叉的科學，這是值得關注的大事情。

2　中國在量子技術方面的成績

量子通信技術作為一種量子力學和通信技術相結合的產物，對于我國統計技術和電子產業的快速發展有著十分重要的作用。早在2006年出臺的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》（以下簡稱《綱要》）將量子技術的地位提到了新的高度，通過將“量子調控研究”列入重大基礎科學研究計劃的方式來突出量子通信相關技術與原理研究的重要性，《綱要》明確指出“以微電子為基礎的信息技術將達到物理極限，對信息科技發展提出了嚴峻的挑戰，人類必須尋求新出路，而以量子效應為基礎的新的信息手段初露端倪，并正在成為發達國家激烈競爭的焦點”。

一直到20世紀90年代，我國在量子領域的實驗研究還幾乎是一片空白。2017年6月，科技部聯合教育部、中國科學院、國家自然科學基金委員會共同制定了《“十三五”國家基礎研究專項規劃》，著眼于更長遠的國家重大戰略需求，提出在“十三五”期間，將量子通信與量子計算機列入重大科技項目。由此可見，中國政府對量子信息的發展支持力度非常大。雖然中國量子技術研究起步較晚，但近幾年發展卻非常迅速，在國際也上有了一定地位，目前中國已經做到了3個量子比特，4個比特的也正在做。

2016年8月16日，我國首顆量子實驗衛星“墨子號科學實驗衛星在酒泉衛星發射中心用長征二號運載火箭成功發射，接著進行了成功的遠距離保密通信，這是世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建一個天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系，這意味著世界將從電子信息技術走向量子信息技術，這是科技革命的偉大創舉。十九大報告點贊了全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”。這充分表明中國在量子技術方面的卓越成就。

時過不到一年，我國又創造出世界首臺光量子計算機并于2017年5月3日在上海亮相，其未來的萬億次光量子計算機求解一個億億億次（1024）變量方程組，利用目前最快的超級計算機（“神威·太湖之光”的峰值計算速度為12.54億億次/秒）求解大約需要100年，如果采用萬億次光量子計算機，只需0.01秒。這將推開神秘量子應用（速度革命）時代的一扇大門，必然會帶來“速度革命”的新飛躍。這是科技中國夢的偉大創舉和應用。

我國在2016年發布的“十三五”規劃綱要中提出著力構建量子通信和泛在安全物聯網，并在多項科技與信息產業規劃中將量子通信列為戰略性新興產業。同年，科技部設立“量子調控與量子信息”重點專項，部署量子通信和計算等領域的戰略性前沿研究。

與此同時，中國的量子儲存器的各種性能，如保真度、儲存模式等很多指標都在國際上處于領先地位。“十三五”期間，量子通信也被劃定為未來5年國家重點戰略項目。

中科院院士潘建偉表示，目前中國量子通信技術領先國際相關技術水平5年，并將在未來10到15年持續保持領先。潘建偉表示，目前日本、歐洲都已啟動量子通信研究計劃，但在數量級、時間、空間等層面，中國量子通信技術均領先國際相關研究四五年，并將在未來很長一段時間內繼續保持領先。

國際上普遍認為，量子技術是下一次技術革命的驅動力。中國在量子通信技術與量子通信產業化領域目前處于全面領先地位。英國《自然》雜志撰文稱，“中國在量子通信領域已發展為世界勁旅，領先北美、歐洲和日本。”

對于量子時代的科研與應用，我國科學家有著清晰的路線圖：通過量子通信研究，從初步實現遠程量子通信網，到實現多橫多縱的全球量子通信網絡；通過量子計算研究，為大規模計算難題提供解決方案，實現大數據時代的信息有效挖掘；通過量子精密測量研究，實現新一代定位導航、激光制導、水下定位、醫學檢測等。

3　美國在量子技術方面的成績

美國作為世界上唯一的科技超級大國，基于其“美國優先”的理念，美國政府于2018年相繼推出太空、生物、網絡等多項科技戰略，包括簽署國家量子法案等，力圖繼續鞏固美國科技優勢地位。一直以來，美國高度重視量子信息技術的相關研究，將量子信息技術作為引領未來軍事革命的顛覆性、戰略性技術。特別是，美國將量子芯片相關研究計劃命名為“微型曼哈頓計劃”，將其提升至與原子彈研制同等重要的高度。

在具體科研項目上，美政府推出了一系列政策。如12月發布的國家量子法案，全方位加速量子科技的研發與應用，力圖確保美在量子信息科學這一“下一場技術革命”中的全球領導地位；美國總統特朗普日前正式簽署國家量子法案，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”。

布局量子信息風口，美國發布國家級戰略。美國近期發布《國家量子信息科學戰略概覽》，以持續拓展量子信息科學應用，并維持和提升美國在量子信息科學中的地位。

根據全國性的量子信息戰略方案，美國將創建一個可見、系統、全國性的量子信息研發方案，由NSTC的SCQIS協調。這些工作將利用現有的方案，適應不斷變化和改進的科學和技術知識，反映對國家量子信息科學的機遇和挑戰的最佳理解，并在適當的情況下采取新步驟。

美國將采取如下措施：

一是專注于以科學為先的方法，識別和解決重大挑戰，這些解決方案能夠推動革命性的科學和工業進步；

二是建立量子智能和多元化的員工隊伍，以滿足領域內不斷增長的需求；

三是鼓勵行業參與，提供適當的公私合作機制；

四是提供關鍵的基礎設施和支持；

五是推動經濟增長；

六是維護國家安全；

七是繼續發展國際交流合作。

同月，特朗普還簽署總統備忘錄，責成相關部門制定國家頻譜戰略，以引導美國未來幾年的5G網絡建設。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。

美國率先起跑，最先將量子技術列入國家戰略、國防戰略、國防和安全研發計劃。相比其他國家，美國在量子技術方面比較注重量子計算機的硬件，20世紀末就由加州理工大學、麻省理工學院和南加州大學聯合成立了量子信息與計算研究所。近年來，美國通過“量子信息科學和技術發展規劃”等項目，持續支持量子通信和量子計算等前沿研究和應用，每年的研究經費投入達2億美元。

4　英國在量子技術方面的成績

英國歷來十分重視量子科學的基礎研究，基于前期研究成果近年來正逐步向基礎研究和規模應用并重轉變。2015年，英國先后發布《量子技術國家戰略》和《英國量子技術路線圖》，將量子技術發展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，并通過科學的頂層設計引導未來20年的量子技術研發與應用。

作為量子理論的發源地，歐洲希望通過量子技術旗艦計劃的實施，引領全球第二次量子革命。2016年3月，歐盟委員會發布《量子宣言（草案）》，呼吁建立10億歐元的量子技術旗艦計劃，意在培育形成具有國際競爭力的量子工業，確保歐洲在未來全球產業藍圖中的領導地位。

英國引領歐盟量子技術研究。英國國家物理實驗室（NPL）郝玲教授介紹說，英國政府早在2013年就宣布將在此后5年內投資2.7億英鎊，加速量子技術的商業化進程；2015年9月發布了《英國量子技術路線圖》；2016年12月發布的《量子技術：時代機會》報告認為人類正處在第二次量子革命的前夜，選定了原子鐘、量子成像、量子傳感器和測量、量子計算和模擬以及量子通信作為五大重點研發領域。英政府首席科學顧問馬克·沃爾帕特表示，這些領域“具有生產新產品和服務的潛力與價值”。英國發布“國家量子技術計劃”，投資2.7 億英鎊支持量子通信、傳感、成像和計算四大研發中心。

據英國國家物理實驗室研究員郝玲教授說：“英國是歐洲量子技術研究的先驅，政府在政策推動方面也極富遠見。尤為重要的是，在自身重視量子標準研究的同時，它還以自己的經驗和影響力，對歐盟量子技術旗艦計劃的醞釀、四大支柱領域的甄選都產生了重要影響。”

據郝玲教授介紹，2013年英國國家物理實驗室（NPL）專門成立了量子計量研究院，目前它正在進一步擴建為先進量子計量研究院——建立一批先進實驗室，從固體物理和光學技術兩個技術線路，加強對量子標準和傳感器的研究。2016年4月歐盟發布了《量子宣言（草案）》，計劃于2018年啟動歷時10年、投資規模為10億歐元的量子技術旗艦項目。在該項目醞釀過程中，歐盟汲取了石墨烯旗艦項目沒有把“石墨烯標準”放在重要地位的教訓，借鑒了英國的經驗。目前確定的四大支柱領域為：量子標準和傳感器、量子計算機、量子通訊以及量子模擬。

郝玲教授認為，量子標準和傳感器密不可分，只有使用基于量子原理的器件才能測定量子標準。量子技術產業的發展需要一套完整標準，依據標準把很多器件搭成一個系統；而每一個器件的組裝、每一步運行，都需要標準支撐，唯如此才能最終達到系統的完整性。她說，歐盟甄選的四個領域具有代表性，對未來具有戰略意義，有助其在全球競爭中占據有利地位。前三個領域缺一不可，而量子模擬則是在前三項基礎上擴展到很多應用領域，如大數據管理、模擬新材料和化學反應過程，以及高溫超導機理等。即便量子計算機目前暫時無法實現“量子霸權”所需的量子比特數，其運算速度和效率也大大超出傳統計算機。

5　歐洲在量子技術方面的成績

歐盟公布“量子宣言”，投資10億歐元，支持量子計算、通信、模擬和傳感四大領域的研究和應用推廣。

《新聞周刊》刊登了一份來自歐洲的名為《量子宣言》的文件，宣言倡議：歐洲各國在量子技術領域建立一個雄心勃勃的項目，從而確保歐洲能夠在目前正在發生的技術革命中處于領先地位。這番話出自于托馬索·卡拉爾科（Tommaso Calarco），他是德國的量子科學技術集成組織總監和此宣言的作者之一。他預言：量子技術將帶給人們從安全和通訊行業到健康和測量技術方面的影響，他也承認量子計算機在未來十年還無法成熟進入商品市場。

歐洲也不甘落后。歐洲較早意識到量子信息處理和量子通信技術的巨大潛力，從20世紀90年代歐盟第五研發框架計劃開始，就持續對歐洲乃至全球的量子通信研究給予重點支持。為在新一輪量子革命中處于技術制高點，歐盟委員會于2016年發布了《量子宣言》，稱將在2018年啟動一項10億歐元的量子技術旗艦計劃。

6　日本在量子技術方面的成績

日本每年投入2億美元，規劃在5到10年內建成全國性的高速量子通信網。日本也提出了以新一代量子通信技術為對象的長期研究戰略，并計劃在2020~2030年建成絕對安全保密的高速量子通信網，從而實現通信技術應用上質的飛躍。日本郵政省自2001年開始開發量子通信技術，并將該技術作為國家級高技術研究開發計劃之一，10年內投資約400億日元，采取產學官聯合攻關的方式推進其研發。日本國家信息與通信技術研究院的量子信息通信項目始于同期，主要任務是為構建無條件安全和超大容量通信基礎設施提供技術基礎，而作為該項目的組成部分，Tokyo QKD網絡已于2010年10月正式建立。日本國家信息通信技術研究院計劃在2020年實現量子中繼，到2040年建成極限容量、無條件安全的廣域光纖與自由空間量子通信網絡。

日本還成立了量子信息和通信研究促進會，計劃十年內投資400億日元，支持量子通信和計算等領域的研發攻關。

7　結語

量子理論與相對論被認為是20世紀物理學理論的兩大劃時代進展，它對當今科學技術和經濟的發展產生了無與倫比的影響。量子力學促進了20世紀的科學技術，也引發了計算、傳感、計量、密碼等的技術革命。可以說，量子理論開創了量子技術的新時代。

2018年以來，全球推動量子科技發展熱情空前高漲。9月，美國白宮科技政策辦公室和國家科學技術委員會發布《量子信息科學國家戰略概述》，指出量子科技將引領下一場科技革命，給國家安全、經濟發展、基礎科研等帶來重大變革，建議采取國家戰略推動量子科技發展。10月，歐盟正式開啟為期10年、耗資10億歐元的“量子旗艦”技術研究計劃，正式啟動該計劃20個科研項目，首批投資1.32億歐元。目前，全球量子爭霸賽呈現出白熱化狀態，中國從事科學技術創新創業的人們，必須高度關注。力爭上游，在量子革命中成為“弄潮爭先”的先鋒。

“加快建設創新型國家，瞄準世界科技前沿，實現前瞻性基礎研究、引領性原創成果重大突破，建設科技強國。”十九大報告為新時期實現科技現代化作出了戰略部署，我們中國的科學界團隊也對于量子信息科技發展有了新的規劃。相信不久的將來，會有更多更好的量子信息科技的成果陸續問世，給人們的生產生活帶來更高質量的量子產品與生活方式。

參考文獻：

[1] 張翼燕. 世界各國的量子技術研究[J]. 科技中國, 2016, ( 8 ) .

[2] 王雪, 張莉. 中國儀器儀表工程科技2035發展趨勢研究[J]. 中國工程科學, 2017, ( 1 ) .

[3] 高芳, 等. 全球量子信息技術最新進展及對中國的啟示[J]. 中國科技論壇, 2017, ( 6 ) .

[4] 高雅麗. 創新驅動量子信息科技發展[N]. 中國科學報, 2017-11-09.

[5] 海川. 搶占量子科技發展制高點[J]. 新經濟導刊, 2018.

[6] 方鴻. 量子科技未來科技“新引擎”[J]. 走向世界, 2018.

[7] 張冰, 等. 布局量子信息風口 美國發布國家級戰略[J]. 通信世界, 2018.

[8] 趙利利. 當神經網絡遇上量子計算[N]. 中國科學報, 2019-1-3.

作者簡介：

孫柏林（1936-），男，湖北黃陂人，軍事科學院研究員，少將軍銜，我國自動控制系統與軍事系統工程專家，中國自動化學會專家咨詢工作委員會名譽主任。

摘自《自動化博覽》2019年2月刊