国外量子信息战略布局分析
经典信息技术的繁荣缘于20世纪初开始的第一次量子革命。21世纪以来，量子物态调控技术的突破引发了第二次量子革命，揭示了量子与信息的天然内在关系，产生了量子信息技术。量子信息技术是量子物理与信息技术相结合的战略性前沿科技领域，主要涉及量子计算、量子通信、量子探测和量子器件等方向。 量子信息技术在提高运算速度、确保信息安全和增强探测精度等方面具有广泛的应用前景，已成为各国开展科技、经济等领域综合国力竞争，维护国家技术主权与发展主动权的战略制高点之一。 各国政府通过战略规划、项目支持、成立量子中心和量子联盟等方式，整合量子新科研机构与工业团队优势资源，多维度布局以推动量子信息技术产业快速发展，可为我国量子信息技术的发展提供借鉴。
1 国外主要国家和地区量子领域组织实施概况
近年来，全球主要国家和地区加速推进量子领域的战略布局，出台了多项顶层规划，主导谋划量子科技领域相关投资计划的制订和实施。
1.1 美国
美国是世界上最早布局发展量子信息技术的国家。当前，美国已从战略规划、体制机制和研发应用等多个层面，围绕量子科学的发展进行了充分的谋划和布局。
（1）战略规划方面。自2002年制定《量子信息科学和技术发展规划》以来，美国始终高度重视自身在量子信息技术发展领域的引领作用，频繁发布相关战略和政策文件，企图在量子信息技术领域“打造一个涵盖政府机构、学术机构、社区和私营部门的创新主体的创新生态系统”，对美国未来量子信息科学技术的发展进行了体系化布局和规划，美国量子领域战略文件如表1所示。其中较为典型的是2018年12月美国国会发布的《国家量子倡议法案》，该法案被誉为美国在量子领域的“登月计划”，提出了实施为期10年的国家量子发展计划，全方位加速量子科技的研究与应用，以确保美国量子科技的领先地位。2023年11月，美国两党立法更新《国家量子倡议法案》，支持将原法案期限延长至2028财年，旨在推动国家量子技术的研究和开发能够顺利进入下一阶段，这一举动标志着对可能定义未来技术格局科学领域研究的深化承诺，此外，还将重点放在量子技术在现代场景中的应用上。
表1 美国量子领域战略文件
（2）组织机构方面。美国政府采取一系列措施创新管理机制，推动量子信息科技的发展。美国共有国家量子协调办公室（National Quantum Coordination Office，NQCO）、国家科学技术委员会量子信息科学小组委员会（Subcommittee onQuantum Information Science，SCQIS）、 国 家 量子倡议咨询委员会（National Quantum Initiative Advisory Committee，NQIAC）3个联邦协调机构，以成文法的形式促进机构间的规划和合作，并充当国家量子倡议的管理者。其中，NQCO由白宫下辖，负责监督机构间的协调事务，提供战略规划支持；SCQIS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、教育活动和项目；NQIAC由来自学术界、工业界和政府的专家组成，其任务是评估量子信息科技的发展趋势，为国家量子计划提供独立的评估和建议。在量子科技研发生产项目的执行阶段，美国军方的国防高级研究计划局、各军种实验室，民用的国家科学基金会、能源部、美国国家标准域技术研究院，以及国家情报高级研究计划局等机构均积极参与量子科学与技术研发。
1.2 欧盟
欧盟在量子科技方面的政策规划起始于20世纪90年代，量子通信自那以后一直是欧盟的重点发展方向。随着欧盟“欧洲量子技术旗舰计划”的推进，其在量子计算、量子通信和量子传感等多个方向展现出强劲的发展势头。
（1）战略规划方面。欧盟量子领域战略文件如表2所示。2016年3月，欧盟委员会发布《量子宣言》，计划投入10亿欧元来推动“量子技术旗舰计划”。《量子宣言》于2018年启动量子旗舰计划，主要关注量子通信、量子模拟器、量子传感器和量子计算机4个细分领域，并划分出短、中、长期目标进行有计划的研究。2021年10月，欧洲核子研究中心发布《量子技术计划：战略和路线图》，详细描绘了中长期量子研究的技术路线图，并制定了综合性的研发、学术和知识共享举措，旨在指导政府、学术界和产业界等诸多利益相关者协同突破量子技术的发展瓶颈。
表2 欧盟量子领域战略文件
（2）组织机构方面。欧盟构建了专业的量子组织架构，在量子旗舰项目下设置了量子旗舰社区，包括工作组、量子社区网络（QuantumCommunity Network，QCN）、欧洲量子产业联盟（Quantum Industry Consortium，QuIC）3个主体，围绕量子合作伙伴、研究设施、供应链、科学教育体系、科学精神与文化5个方面，互相配合、协同发展，共同建设欧洲量子创新生态体系。其中，工作组负责联系和团结社区内所有主体，以推动量子旗舰计划的顺利实施；QCN的定位是智库团体，负责收集并分享量子科技活动信息及实践应用案例，促进国家量子技术倡议和欧洲量子交流与项目协调等；QuIC以企业为主体，打造综合性产业联盟，旨在提升欧洲量子产业的竞争力，促进整个地区的价值创造。
1.3 英国
英国致力于成为量子信息技术研究的全球领先国家，将量子技术提升至影响未来国家创新力和国际竞争力的重要战略地位。
（1）战略规划方面。2013年，英国启动全世界第一个系统性的发展量子技术的国家战略文件——国家量子科技计划（National Quantum Technologies Programme，NQTP），该计划价值约10亿英镑，旨在加强政府、产业界和学术界2015年，英国先后发布《量子技术国家战略》和《英国量子技术路线图》，引导英国在未来20年的量子信息技术的研发和投资。2023年3月，英国发布最新版《国家量子战略》，阐述了量子技术对英国国家繁荣和技术安全的重要性，明确了英国在未来10年成为世界领先的量子经济体的愿景，并制订了具体行动计划。
表3 英国量子领域战略文件
（2）组织机构方面。早在《2013年秋季声明》中，英国政府即宣布在此后5年内投资2.7亿英镑设立英国国家量子技术计划，同时成立量子技术战略顾问委员会。2014年12月，英国又宣布创立价值为1.2 亿英镑、由4个量子技术枢纽组成的联盟——包括17所大学和132家公司，以推动具有商业可行性的新量子技术。英国研究与创新中心2021年投资9300万英镑建立了国家量子计算中心，旨在联合国内产学研各方力量，快速推动量子计算科学的创新和应用，以促进英国量子计算产业的增长，从而推动就业和创新。此外，英国国防部还资助了一些与NQTP 相关的国防科学技术实验室项目，用于研究量子的国防应用。
1.4 其他国家
除上述国家外，其他国家对量子信息技术也逐渐投入越来越多的精力，如表4所示。仅2023年，就有6个国家相继发布量子信息相关国家战略规划，量子信息领域的国际竞争日趋激烈。
表4 其他国家量子领域战略文件
（1）澳大利亚。2020年5月，澳大利亚联邦科学与工业研究组织制定并发布报告《成长中的澳大利亚量子技术产业》，确定支持量子生态系统的行动，行动将通过澳大利亚新兴高科技产业的发展，将澳大利亚的智力资本转化为经济价值。2023年5月，澳大利亚发布《国家量子战略》，战略愿景是成为全球领先的量子技术创新中心，该战略旨在通过聚焦4个关键领域，即量子计算、量子通信、量子传感器和量子仿真，以开发出能够解决现实世界问题的新技术。澳大利亚还希望通过加强本土量子产业生态系统建设，吸引国际人才资本，进一步推动该领域的发展，并为未来的科技创新注入动力。
（2）加拿大。加拿大被认为是量子研究的世界领先国家之一。根据2015年对全球量子研究工作的评估，加拿大在量子科学的年度总支出中排名全球第5位 。在过去10年中，加拿大在量子研究方面投资了超过10亿美元。2023年3月，加拿大政府发布《国家量子战略》，支持加拿大的量子部门建设，巩固加拿大在量子技术领域的领先地位。该战略将沿着量子研究、人才和商业化3个支柱来引导投资，以实现量子计算机和软件、量子通信、量子传感器3个关键任务。在国家层面，加拿大由创新、科学和经济发展部统筹制定政策，国家研究委员会负责具体技术实施计划；在行业层面，业界结合技术优势成立量子工业协会统筹技术开发和产业化，建立涵盖全球创新集群、区域发展机构和中小企业的多层级协同产业集群；在学术层面，依托专家和研究机构成立量子咨询委员会，负责量子技术的发展和协调，通过量子研究和发展倡议推动政府部门和研究机构共同研发量子信息技术。
（3）韩国。在量子信息技术领域，韩国目前处于借鉴为主、自上而下的初步发展阶段。在国家层面，由科学与信息通信技术部统筹制定政策；在行业层面，结合业界技术优势成立量子科技区域合作中心，负责统筹技术开发和产业化发展，通过“超级初创企业1000+计划”和政策性财政支持，重点培育量子企业；在学术层面，培育量子研究生院和量子教育与研究中心，促进以任务为导向的量子研究和开发。2023年6月，韩国发布《国家量子科技战略》，提出以下发展目标：一是开发和利用量子计算机；二是从互联网强国迈向量子互联网强国；三是通过与国防和先进工业融合，用世界一流的量子传感器抢占世界市场。
（4）日本。在量子计算领域，日本的发展策略已由之前的“韬光养晦”开始走向“锋芒毕露”，研究方向也聚焦领域化发展，成立临时性协调机构以解决具体问题。在国家层面，由内阁各省部自行确定领域技术，设立相应的推进委员会、理事会和顾问委员会进行技术管理和协调；在行业层面，通过各省部结合具体任务召集相关产业建立研发组织机构或联盟，日本的产、官和学3方各司其职、相互促进；在学术层面，依托量子科学技术委员会、量子技术创新基地等组织对尖端领域进行研究，聚焦量子技术与人工智能、生物技术、安全技术的融合创新和成果应用。
2 国外推进量子信息技术发展的主要特点
尽管各个国家和组织的社会经济发展水平各异，但都积极谋划量子科技发展战略，其战略布局基本遵循并符合体系工程方法，主要呈现出以下5个特点。
2.1 重视数字基础设施建设支撑量子科技发展
数字基础设施作为激发技术创新与应用、推动量子信息技术和产业高质量发展的基石，被世界各国高度重视。2018年，美国《重建基础设施立法纲要》提出投资建设5G通信基站、宽带网络和大数据等基础设施；2021年，美国《基础设施投资和就业法案》布局电网和宽带网络等基础设施建设领域；2023年，美国《国家人工智能研发战略规划》提出开发人工智能共享数据集和测试环境平台、开源软件库和工具集；《欧洲人工智能》提出要率先确立合适的人工智能伦理与法律框架，对现有人工智能产品的权责进行规范；德国《联邦政府数据战略》提出要提高数据技能并建立数据文化，最终目标是使德国成为数据使用的世界领导者；英国《国家基础设施战略》将科技基础设施视为政府战略的核心，高度重视以5G技术为代表的信息基础设施对全国基础设施建设的赋能作用。
2.2 量子信息技术标准化研究受到重视并得到加速推进
随着全球范围内量子信息技术领域的样机研究、试点应用和产业化迅速发展，在术语定义、性能评价、系统模块、接口协议、网络架构和管理运维等方面的标准化需求也逐渐显现。欧洲电信标准化协会成立量子密钥分发行业规范组织，已发布术语定义、系统器件、应用接口、安全证明和部署参数等技术规范；国际标准化组织和国际电工委员会的第一联合技术委员会成立了量子计算研究组和咨询组，发布了量子计算研究报告和技术趋势报告；国际电气和电子工程师协会启动量子技术术语定义、量子计算性能指标和软件定义量子通信协议3个研究项目；国际电信联盟电信标准化部门对量子信息技术发展演进及其对信息通信网络与产业的影响保持高度关注；国际电信联盟电信标准化部门已开展量子密钥分发网络的基本框架、功能框架、密钥管理和软件定义控制等研究项目；国际电信联盟电信标准分局成立量子信息技术研究焦点组，对量子密钥分发网络、量子信息网络等相关议题开展标准化预研。
2.3 持续强化量子科技项目规划布局与投资强度
自2018年欧盟投资“量子技术旗舰计划”和美国提出《国家量子倡议法案》以来，世界各国持续加强量子信息技术的研发投入，布局系列研究项目以掌握量子关键核心技术，探索量子应用，促进产业培育。据公开信息不完全统计，截至2023年10月，全球主要国家和地区（除中国外）量子信息科技领域的投资预算总规模已达230亿美元。2023年1月，美国国家科学技术委员会发布的《国家量子倡议法案》2023年报显示，5年来的实际投资远超原定计划投资。2019财年投资4.5亿美元，2020财年投资6.7亿 美 元，2021财年投资超过8.5亿美元，2022财年投资10.3亿美元，2023财年投资9.3亿美元，5年累计投入就达39.4亿美元，大大突破了《国家量子倡议法案》中10年内计划投入12.75亿美元的预算。
2.4 量子信息技术与产业生态培育受到多方重视
在推动量子信息技术探索的同时，各国也愈发注重量子信息科研成果的应用转化，体系化布局量子信息产业的培育。一是从国家层面上成立和运营各类量子信息产业联盟。美国最早成立量子经济发展联盟，该联盟由斯坦福研究院运营，是近年来发展最活跃的量子产业平台，联盟成员囊括高校、科研院所、科技企业和初创公司，且数量已扩张至36个国家305家机构。此外，荷兰、加拿大、德国和日本及欧盟等国家和组织也成立了量子信息产业联盟，旨在促进政府、科研机构和产业公司等利益相关方的交流与合作。二是以科技企业为主组建量子信息行业研究平台。IBM公司运营超导量子计算QExperience云平台及OpenQASM软件编程框架，为全球180余家机构提供软硬件一体化服务，并开展联合研发；亚马逊联合多家量子计算硬件厂商提供商业级量子计算云服务；芝加哥量子交易所、西北量子网络等行业联盟平台在量子器件技术研发、量子计算机研制与测试、应用开发等方面相互合作。
2.5 量子科技产业前景被广泛看好，市场投入受到普遍重视
随着量子计算的优越性得到实验验证，量子计算已从实用化优势进入应用场景探索的新阶段。在量子模拟方面，Google公司与Looker公司合作研究量子计算药物研发前沿用例；美国芝加哥大学利用IBM“蜂鸟”量子处理器，模拟制造一种被称为“激子凝聚态”的量子材料。在量子组合优化方面，Multiverse Computing公司推出奇点投资组合混合求解器，用于量化投资优化分析；AlgoDynamix使用量子退火算法提供用于财务行为分析的预测服务。在量子线性代数方面，哈佛大学利用里德堡原子阵列，积累量子递归神经网络的认知任务学习经验；NASA设立量子人工实验室来解决航空、地球和空间科学及太空探索任务中出现的计算任务和机器学习优化问题。
此外，量子信息初创企业获市场高度关注，过去5年投融资规模经历了一轮爆发性增长。2021年和2022年量子信息领域融资金额均超过20亿美元，超过2011—2020年共10年的投资总和。值得注意的是，量子信息市场投资高度集中在量子计算领域，其中量子计算系统硬件制造企业最受追捧，这也反映了量子计算软硬件研发对于量子技术实用化和产业培育的重要推动作用。2023年，受全球经济衰退的影响，量子信息领域总融资存在小幅回落，回落至10亿美元量级，增速略有放缓。
3 结语
量子信息将深刻变革物理域、信息域和认知域的技术发展，浸入人类社会的方方面面。国外主要国家和地区通过加强战略布局和项目投入、重视基础设施及标准建设、培育技术产业生态等措施，全方位推进量子信息科技的发展。未来，建议运用科学体系工程思想，融合全国科技产业要素，夯实产业基础，深耕示范应用，加速技术迭代，打造自主可控的量子信息科技产业体系。
作者：李硕1,2、李欣欣1,2、张雪松3、潘成康4、李巧明1,2
1 中电科发展规划研究院有限公司
2 中国电子科技集团有限公司发展战略研究中心
3 中国电子科技集团有限公司电子科学研究院
4 中国移动通信有限公司研究院
本文转载自微信公众号信息安全与通信保密杂志社 ，原载于《信息安全与通信保密》2024年第5期
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