本文來自微信公眾號(hào)“CSDN”，作者|量旋科技，責(zé)編|王子彧。
量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值，是一項(xiàng)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。近年來，我國加大對(duì)量子科技的研究投入，技術(shù)創(chuàng)新活躍，取得一批具有國際影響力的重大創(chuàng)新成果，包括量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)、“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射、“九章”和“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)的研制成功。
剛剛召開的十四屆全國人大一次會(huì)議開幕會(huì)上，政府工作報(bào)告中就特別指出：過去五年，科技創(chuàng)新成果豐碩。構(gòu)建新型舉國體制，組建國家實(shí)驗(yàn)室，分批推進(jìn)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重組。一些關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)取得新突破，載人航天、探月探火、深海深地探測(cè)、超級(jí)計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航、量子信息、核電技術(shù)、大飛機(jī)制造、人工智能等領(lǐng)域創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)。
如今，量子信息/量子科技已經(jīng)成為中國重要的科技名片。
“量子信息/量子科技”成兩會(huì)“高頻詞”，量子計(jì)算重要性提升
歷屆兩會(huì)中，“量子信息/量子科技”成為成為科技領(lǐng)域中出現(xiàn)次數(shù)越來越多的“熱詞”，具有風(fēng)向標(biāo)意義。早在2010年兩會(huì)，政府工作報(bào)告在大力發(fā)展科學(xué)技術(shù)方面提到，“前瞻部署生物、納米、量子調(diào)控、信息網(wǎng)絡(luò)、氣候變化、空天海洋等領(lǐng)域基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研究”。
2016年兩會(huì)，政府工作報(bào)告在回顧“十二五”發(fā)展成就時(shí)稱，“科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)重大突破。量子通信、中微子振蕩、高溫鐵基超導(dǎo)等基礎(chǔ)研究取得一批原創(chuàng)性成果”。
2018年和2021年兩會(huì)，政府工作報(bào)告在回顧發(fā)展成績中分別談到量子信息/量子科技。并且，在2021年兩會(huì)發(fā)布的“十四五”規(guī)劃指出，不僅要整合優(yōu)化科技資源配置，聚焦量子信息等重大創(chuàng)新領(lǐng)域組建一批國家實(shí)驗(yàn)室，而且加強(qiáng)原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)，瞄準(zhǔn)量子信息等前沿領(lǐng)域，實(shí)施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項(xiàng)目。
除兩會(huì)外，在2022年12月和2023年2月的兩次中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上，會(huì)議均強(qiáng)調(diào)要加快量子計(jì)算等前沿技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣。
2010-2020年兩會(huì)關(guān)于量子信息/量子科技內(nèi)容
縱觀過去兩會(huì)和其他會(huì)議、政策對(duì)“量子信息/量子科技”的提法，我們發(fā)現(xiàn)兩大變化：
一是從"量子信息/量子科技”基礎(chǔ)理論研究到更強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用落地。
二是量子計(jì)算成為單列的前沿技術(shù)方向，其重要性得到進(jìn)一步提升。
隨著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化深入發(fā)展，計(jì)算能力已經(jīng)成為國家科技實(shí)力的核心競(jìng)爭(zhēng)力，量子計(jì)算不僅將為后摩爾時(shí)代計(jì)算能力的提升提供全新的解決方案，而且是事關(guān)國家安全的關(guān)鍵核心技術(shù)。
從1到N，量子計(jì)算的下一站：產(chǎn)業(yè)化落地
作為量子科技三大方向之一，量子計(jì)算憑借其并行計(jì)算能力和天然模擬原子、分子等特性，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)能力強(qiáng)、執(zhí)行運(yùn)算速度快等核心優(yōu)勢(shì)，成為突破經(jīng)典計(jì)算極限的重要技術(shù)。它所帶來的算力飛躍將對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響，深刻改變?nèi)祟惖慕?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面貌。因此，量子計(jì)算已經(jīng)成為全球主要國家和地區(qū)爭(zhēng)奪的科技制高點(diǎn)。
針對(duì)量子計(jì)算的發(fā)展，一般可分為兩個(gè)階段：
第一階段，在實(shí)驗(yàn)室搭建量子計(jì)算系統(tǒng)和展示性量子計(jì)算機(jī)的任務(wù)，即從0到1。
第二階段，量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化，走出實(shí)驗(yàn)室，接受市場(chǎng)考驗(yàn)，獲得用戶認(rèn)可，即從1到N。
于我國而言，國家政府自2016年以來，先后在政策、資金等方面持續(xù)投入，大學(xué)單位、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)積極行動(dòng)，投身量子計(jì)算。
政府支持發(fā)展量子計(jì)算或量子科技的相關(guān)政策盤點(diǎn)
政策上，中國從2016年起發(fā)布多項(xiàng)量子相關(guān)政策，比如2016年8月，國務(wù)院發(fā)布的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》在“科技創(chuàng)新2030-重大項(xiàng)目”中，“量子通信與量子計(jì)算機(jī)”為名列第三的重大科技項(xiàng)目。
資金投入上，2016-2020年度，政府僅在“量子調(diào)控與量子信息”重點(diǎn)專項(xiàng)中累計(jì)撥款超過19.554億元人民幣。
企業(yè)方面，不僅國內(nèi)科技公司和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)紛紛開展量子計(jì)算研究，而且涌現(xiàn)出許多量子計(jì)算創(chuàng)業(yè)公司。
經(jīng)過多年耕耘，中國近年來在量子計(jì)算方面取得多項(xiàng)重大進(jìn)展。比如中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽等組成的研究團(tuán)隊(duì)2020年在76個(gè)光子的光量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)“九章”實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性，比谷歌“懸鈴木”快一百億倍；2021年，擁有62個(gè)量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)“祖沖之號(hào)”誕生，后來升級(jí)的“祖沖之二號(hào)”達(dá)成量子優(yōu)越性，從而使中國成為世界上唯一一個(gè)在兩個(gè)技術(shù)路線上實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”的國家。
“九章”量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)
（圖源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，攝影：馬瀟漢，梁競(jìng)，鄧宇皓）
毫無疑問，“九章”和“祖沖之號(hào)”量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)的誕生不僅代表著中國在量子計(jì)算某些領(lǐng)域的自主研發(fā)能力進(jìn)入國際先進(jìn)水平，而且意味著中國在量子計(jì)算的發(fā)展上跨過第一階段，迎來從1到N的量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化階段。
此前，由十家領(lǐng)先的德國公司宣布聯(lián)合成立的量子技術(shù)和應(yīng)用聯(lián)盟(QUTAC)表示，隨著量子計(jì)算機(jī)在特定計(jì)算挑戰(zhàn)方面超越了領(lǐng)先的超級(jí)計(jì)算機(jī)，以及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境之外的含噪聲中型量子（NISQ）計(jì)算機(jī)的可用性，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入量子計(jì)算的產(chǎn)業(yè)化階段。
對(duì)我國來說，量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化意義非凡。一方面，只有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在市場(chǎng)落地，量子計(jì)算才有長久生命力，才能體現(xiàn)出真正的價(jià)值和潛力；另一方面，當(dāng)前，全球量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，各個(gè)國家/地區(qū)之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。中國科學(xué)院院士、北京量子信息科學(xué)研究院院長向濤曾表示，量子計(jì)算的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化成為國際大企業(yè)展示實(shí)力、布局未來的新戰(zhàn)場(chǎng)，邏輯很簡(jiǎn)單，失去量子計(jì)算的控制權(quán)，就可能失去未來信息社會(huì)的話語權(quán)。
如何加速量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化落地？這三個(gè)因素是關(guān)鍵
目前，量子計(jì)算市場(chǎng)還處于起步階段。隨著技術(shù)的成熟和應(yīng)用的落地，市場(chǎng)將會(huì)不斷增長。
據(jù)Research and Markets的數(shù)據(jù)，2019年量子計(jì)算市場(chǎng)價(jià)值為5.071億美元，預(yù)計(jì)2020-2030年的復(fù)合年增長率為56%，到2030年達(dá)到649.883億美元。
波士頓咨詢（BCG）發(fā)布的報(bào)告預(yù)測(cè)，在不考慮量子糾錯(cuò)算法的進(jìn)展情況下，保守估計(jì)到2035年，全球量子計(jì)算應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到近20億美元，2050年暴漲到2600多億美元；若量子計(jì)算技術(shù)迭代速度超出預(yù)期，樂觀估計(jì)2035年市場(chǎng)規(guī)?？赏黄?00億美元，2050年則有望飆升至2950億美元。由此可見，量子計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>
但是，量子計(jì)算從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化，還有一段很長的路要走。
雖然中國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化近年來發(fā)展迅速，但仍處于跟跑階段。并且，內(nèi)有產(chǎn)業(yè)化過程要解決的各種挑戰(zhàn)，比如標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，行業(yè)缺乏規(guī)范引導(dǎo)，以及量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈多個(gè)環(huán)節(jié)薄弱；外有歐美發(fā)達(dá)國家?guī)淼漠a(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力。
而要積極應(yīng)對(duì)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的挑戰(zhàn)，需要牢牢抓住人才、核心技術(shù)與關(guān)鍵器件、產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新三大關(guān)鍵。
在量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，人才是最關(guān)鍵的因素。量子計(jì)算對(duì)人才的需求具有多樣性。早期的量子計(jì)算研發(fā)偏重基礎(chǔ)研究，制造量子計(jì)算系統(tǒng)或量子計(jì)算機(jī)需要科學(xué)家、系統(tǒng)工程師和工業(yè)設(shè)計(jì)師等共同合作研制。一旦走向商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化，將轉(zhuǎn)向大規(guī)模、實(shí)用化，需要越來越多的專業(yè)工程師。
但現(xiàn)實(shí)是，不僅全球量子計(jì)算面臨人才短缺挑戰(zhàn)，而且中國在量子計(jì)算相關(guān)領(lǐng)域的人才也嚴(yán)重不足。根據(jù)麥肯錫的研究，每三個(gè)量子職位空缺只有一個(gè)合格的量子候選人，并且這種情況將逐步惡化。在中國，中科院計(jì)算所研究員孫曉明曾在清華大學(xué)AI Time論壇上介紹，量子計(jì)算領(lǐng)域的研究者還很少，人員的數(shù)量級(jí)大致只在千級(jí)規(guī)模，其中物理背景的研究者占到三分之二以上，還需要很多計(jì)算機(jī)背景的研究者參與。
為應(yīng)對(duì)量子信息人才的短缺，不僅國家層面開始強(qiáng)調(diào)，而且我們已經(jīng)看到一些進(jìn)展：中科大第一次申報(bào)新增設(shè)“量子信息科學(xué)”本科專業(yè)成功獲批；清華大學(xué)成立了量子信息班，由圖靈獎(jiǎng)獲得者、中國科學(xué)院院士姚期智擔(dān)任首席教授。
此外，以量子科技為主題的各種大賽也紛紛涌現(xiàn)，包括“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽、大灣區(qū)量子計(jì)算挑戰(zhàn)營等，這些賽事活動(dòng)不僅有利于發(fā)掘量子計(jì)算優(yōu)秀人才，而且提供了一個(gè)量子計(jì)算交流平臺(tái)，極大促進(jìn)量子科技的發(fā)展。
當(dāng)然，從長遠(yuǎn)看，為保障我國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的長期健康發(fā)展，還需要我們進(jìn)一步鞏固量子計(jì)算人才培養(yǎng)機(jī)制，擴(kuò)大專業(yè)人員隊(duì)伍，同時(shí)，完善量子計(jì)算人才培養(yǎng)制度，重點(diǎn)培養(yǎng)急需緊缺研究方向的高科技專業(yè)人才。并且，激發(fā)下一代對(duì)量子技術(shù)的興趣，將量子技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)納入中小學(xué)課程，在高校進(jìn)行量子計(jì)算相關(guān)學(xué)科建設(shè)。
如果說人才是最關(guān)鍵的因素，那么核心技術(shù)與關(guān)鍵器件則是中國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化要解決的核心命題。
僅以稀釋制冷機(jī)為例，它是超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)和拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)中的核心設(shè)備與器件。但是，全球稀釋制冷機(jī)的主要供應(yīng)卻被歐美日公司牢牢掌控，其中，芬蘭的Bluefors和英國的Oxford instruments公司占據(jù)了全球主要市場(chǎng)份額。
稀釋制冷機(jī)（圖源：nanoscience官網(wǎng)）
無論是超導(dǎo)、半導(dǎo)體，還是拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)，它們對(duì)稀釋制冷機(jī)都有著較高的低溫要求。為保證稀釋制冷機(jī)的安全供應(yīng)，我國近年來加大自主研發(fā)力度。
但是，自研稀釋制冷機(jī)并不簡(jiǎn)單，面臨著一系列挑戰(zhàn)，包括研制稀釋制冷機(jī)所必需的同位素氦-3、預(yù)冷所需的脈沖管和冷頭等預(yù)制冷設(shè)備嚴(yán)重依賴進(jìn)口，以及一些低溫設(shè)備焊接工藝難題。此外，還有需克服像冷漏、超漏問題、盤管熱交換器和銀粉熱交換器等一系列技術(shù)難題。
而中科院物理所姬忠慶領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)2021年在自主研發(fā)的無液氦稀釋制冷機(jī)上率先實(shí)現(xiàn)8mk溫度，標(biāo)志著我國在稀釋制冷機(jī)上取得突破性進(jìn)展。
除稀釋制冷機(jī)外，量子芯片同樣是超導(dǎo)等技術(shù)路線的量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵器件。面對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)外發(fā)展環(huán)境，國內(nèi)企業(yè)紛紛加強(qiáng)自主研發(fā)，提升芯片制造和加工能力，無論是華為公布的“量子芯片”專利，還是量旋科技建成的超導(dǎo)量子芯片實(shí)驗(yàn)室，都讓我們看到了國內(nèi)企業(yè)的努力和積極行動(dòng)。
值得一提的是，建設(shè)專門的量子芯片加工實(shí)驗(yàn)室對(duì)規(guī)?；慨a(chǎn)量子芯片至關(guān)重要。只有通過專門的量子芯片加工實(shí)驗(yàn)室，我國才有可能摸索出一套成熟的芯片加工工藝，從而制造出穩(wěn)定可靠的量子芯片。
由此可見，加強(qiáng)核心器件和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自主可控，對(duì)于保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全、增強(qiáng)我國科技應(yīng)對(duì)國際風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)的能力至關(guān)重要。因此，中國有必要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和探索，在基礎(chǔ)層面實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)突破，從而提高量子計(jì)算理論研究成果向?qū)嵱没⒐こ袒D(zhuǎn)化的速度和效率。
無論是高質(zhì)量的人才隊(duì)伍，還是核心技術(shù)與關(guān)鍵器件的突破，都需要一個(gè)很好的機(jī)制把它們連起來，即產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)同，才能真正匯聚不同領(lǐng)域的力量，加速量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
以量子科技強(qiáng)國德國為例，該國通過建立燈塔項(xiàng)目，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。一是共議主題舉辦量子通信競(jìng)賽，與科學(xué)家、工業(yè)界共同合作確定量子通信領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)難題，以競(jìng)賽的形式允許參賽者提供改善量子通信的關(guān)鍵實(shí)施方案，通過具體的技術(shù)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同效應(yīng)；二是資助卓越的量子計(jì)算集群，選擇德國3個(gè)卓越的量子計(jì)算集群進(jìn)行資助，并引導(dǎo)其研究最有前途的量子計(jì)算方法，在明確實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)的基礎(chǔ)上開發(fā)硬件平臺(tái)進(jìn)行展示，在知識(shí)產(chǎn)權(quán)得到保護(hù)的前提下向全世界的研究人員開放使用。
從德國、美國的實(shí)踐，結(jié)合我國的實(shí)情，需要構(gòu)建良好的“產(chǎn)學(xué)研”體系，形成企業(yè)、高校與科研機(jī)構(gòu)的分工協(xié)作、共同發(fā)展的組織機(jī)構(gòu)，強(qiáng)化各機(jī)構(gòu)之間的合作，提高效率。并且，加大學(xué)研機(jī)構(gòu)與企業(yè)的交流合作，對(duì)接技術(shù)發(fā)展需求，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同發(fā)展。比如哈工大（深圳）成立的量子信息聯(lián)合研究中心，通過產(chǎn)研合作，充分發(fā)揮各自特長，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研無縫對(duì)接，推進(jìn)量子科技的發(fā)展。
綜上，加速量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，高質(zhì)量的人才隊(duì)伍、核心技術(shù)與關(guān)鍵器件的突破，以及產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)同缺一不可。缺少任何一個(gè)要素，勢(shì)必阻礙我國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，導(dǎo)致量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程受阻。
寫在最后
現(xiàn)階段，中國開啟實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)、建設(shè)科技強(qiáng)國新階段。作為基礎(chǔ)研究和顛覆性技術(shù)的量子計(jì)算，事關(guān)中國在未來信息社會(huì)中的話語權(quán)，也是國家科技實(shí)力的核心競(jìng)爭(zhēng)力表現(xiàn)。而量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化是量子計(jì)算長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵，只有在人才、核心技術(shù)與關(guān)鍵器件和產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)同三個(gè)方面共同進(jìn)步，取得突破，才能加速量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化落地。
今年兩會(huì)，我們期待有更多關(guān)于量子計(jì)算的提案和建議，共同推動(dòng)中國量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
