量子科學(xué)是20世紀(jì)最為重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著第二次量子革命的到來(lái)，量子技術(shù)研究已成為當(dāng)前世界科技研究的一大熱點(diǎn)。國(guó)際社會(huì)紛紛加大研發(fā)力度和投入，力爭(zhēng)搶占技術(shù)制高點(diǎn)。

第二次量子革命序幕拉開 各國(guó)搶占技術(shù)制高點(diǎn)

英國(guó)：將量子技術(shù)提升至重要戰(zhàn)略地位

英國(guó)是量子技術(shù)研究的全球領(lǐng)先國(guó)家。英國(guó)政府將量子技術(shù)提升至影響未來(lái)國(guó)家創(chuàng)新力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要戰(zhàn)略地位。

早在《2013年秋季聲明》中，英國(guó)政府即宣布將投資2.7億英鎊設(shè)立英國(guó)國(guó)家量子技術(shù)計(jì)劃，同時(shí)成立量子技術(shù)戰(zhàn)略顧問(wèn)委員會(huì)。國(guó)家量子技術(shù)計(jì)劃已經(jīng)為英國(guó)帶來(lái)了一些巨大變化，包括工程和物理科學(xué)研究理事會(huì)投資建立了國(guó)家量子技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中心；英國(guó)國(guó)防部投資建造了量子導(dǎo)航和重力成像儀的樣機(jī)；英國(guó)創(chuàng)新委員會(huì)開展了一系列活動(dòng)，推動(dòng)企業(yè)探尋量子技術(shù)可能為英國(guó)帶來(lái)的商業(yè)機(jī)遇；工程和物理科學(xué)研究理事會(huì)也投資建立了一些博士培訓(xùn)中心，為將來(lái)的勞動(dòng)力提供高級(jí)技能。

英國(guó)是世界上量子研究的主要投資國(guó)之一。目前的投資是使量子技術(shù)行業(yè)植根英國(guó)的第一步，為早期的創(chuàng)新和產(chǎn)品發(fā)展創(chuàng)造環(huán)境、提供技能。隨后的投資將進(jìn)一步促進(jìn)這一新興行業(yè)的增長(zhǎng)。為充分實(shí)現(xiàn)量子技術(shù)能夠帶來(lái)的利益，英國(guó)必須成功地將世界領(lǐng)先的研究轉(zhuǎn)化為適于市場(chǎng)的創(chuàng)新產(chǎn)品。這需要一個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略，量子技術(shù)戰(zhàn)略顧問(wèn)委員會(huì)已經(jīng)代表英國(guó)量子團(tuán)體擬定了這一戰(zhàn)略。

這一戰(zhàn)略的目的是在接下來(lái)的20年里對(duì)于新的量子工作和投資予以指導(dǎo)，幫助量子行業(yè)扎根英國(guó)，并帶來(lái)盈利、增長(zhǎng)和可持續(xù)發(fā)展。這一愿景旨在協(xié)調(diào)政府、行業(yè)和學(xué)術(shù)團(tuán)體等各方力量，使英國(guó)在量子技術(shù)這一價(jià)值達(dá)數(shù)十億英鎊的新興市場(chǎng)中獲得世界領(lǐng)先地位。該愿景不僅僅是擴(kuò)大和發(fā)展量子技術(shù)行業(yè)，還要確保其蓬勃地生長(zhǎng)在英國(guó)，從總體上為社會(huì)輸送長(zhǎng)期利益。

為此，英國(guó)擬定了量子技術(shù)國(guó)家戰(zhàn)略的五項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)：一是構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的能力基礎(chǔ)，二是促進(jìn)量子技術(shù)在英國(guó)的應(yīng)用，三是培育量子技術(shù)領(lǐng)域的高技能人才，四是創(chuàng)造合適的社會(huì)和管理環(huán)境，五是通過(guò)國(guó)際參與使英國(guó)利益最大化。

歐盟：10億歐元大力布局量子技術(shù)項(xiàng)目

繼石墨烯和腦科學(xué)項(xiàng)目之后，歐盟在科研領(lǐng)域再次發(fā)力。3月，歐盟委員會(huì)發(fā)布《量子宣言（草案）》，計(jì)劃于2018年啟動(dòng)總額10億歐元的量子技術(shù)項(xiàng)目，希望借此促進(jìn)包括安全的通信網(wǎng)絡(luò)和通用量子計(jì)算機(jī)等在內(nèi)的多項(xiàng)量子技術(shù)的發(fā)展。

歐盟委員會(huì)發(fā)言人娜塔麗·范迪斯塔特表示，盡管這一項(xiàng)目的開展方式還未敲定，但其在規(guī)模、時(shí)間跨度以及目標(biāo)等方面，與歐洲目前的兩大旗艦項(xiàng)目——石墨烯旗艦項(xiàng)目和人類大腦工程相當(dāng)，資金將來(lái)自歐盟和其他歐洲國(guó)家。

德國(guó)烏爾姆大學(xué)與斯圖加特大學(xué)的整合量子科學(xué)和技術(shù)中心負(fù)責(zé)人托馬索·卡拉爾科表示，歐盟委員會(huì)很可能在資助這一旗艦項(xiàng)目方面起“實(shí)質(zhì)性作用”。卡拉爾科是這一計(jì)劃背后藍(lán)圖《量子宣言》的聯(lián)合起草人之一。他表示，目前世界各國(guó)積極涉足量子技術(shù)，如果沒有這一計(jì)劃，歐盟可能會(huì)淪為“二線玩家”。

歐盟委員會(huì)認(rèn)為，這一旗艦項(xiàng)目將刺激歐洲量子技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)是“第二次量子革命”的一部分。第一次量子革命揭示了量子力學(xué)的基本原理，激光和晶體管等設(shè)備因此問(wèn)世。

《宣言》建議量子技術(shù)旗艦計(jì)劃投入10億歐元，其目標(biāo)與《地平線2020計(jì)劃》的三大支柱相符。在科學(xué)卓越方面，增強(qiáng)歐洲在量子研究方面的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)力和卓越性；在工業(yè)引領(lǐng)方面，要建立極具競(jìng)爭(zhēng)性的量子產(chǎn)業(yè)，確保歐洲在未來(lái)全球產(chǎn)業(yè)藍(lán)圖中的領(lǐng)導(dǎo)地位，把歐洲打造為一個(gè)有活力和吸引力的區(qū)域。在社會(huì)挑戰(zhàn)方面，充分利用量子技術(shù)的發(fā)展，更好地解決健康、能源、環(huán)境和安全等領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。

美國(guó)：視量子技術(shù)為增強(qiáng)國(guó)家安全的突破性技術(shù)

DARPA（美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局）始終站在美國(guó)國(guó)防科學(xué)研究最前沿。2015年3月，DARPA發(fā)布《增強(qiáng)國(guó)家安全的突破性技術(shù)》報(bào)告，確定了九大核心技術(shù)領(lǐng)域，量子科學(xué)是其中之一。DARPA將這些核心技術(shù)作為研發(fā)重點(diǎn)，努力使美國(guó)軍事能力不斷產(chǎn)生新的飛躍。

DARPA在報(bào)告中指出，DARPA當(dāng)前正在著手構(gòu)建新能力，要“掌握并利用量子物理學(xué)”，隨著對(duì)集體量子行為的深入了解及在光與物質(zhì)系統(tǒng)精密工程方面取得的新進(jìn)展，可以對(duì)新型材料和設(shè)備進(jìn)行深度控制。DARPA正在快速推進(jìn)量子技術(shù)，包括納米/量子的光-電-機(jī)械結(jié)構(gòu)工程，通過(guò)光冷技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷原子的精確控制等。這些技術(shù)為生化探測(cè)、通信和信息處理、計(jì)量、電磁頻譜的深度控制等帶來(lái)了新生力量。

2015年4月，麻省理工學(xué)院發(fā)布研究報(bào)告，提出了聯(lián)邦政府需要加強(qiáng)投入的15個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，其中之一為量子信息技術(shù)，其基礎(chǔ)研究重點(diǎn)包括：開發(fā)結(jié)合多個(gè)量子位之間的信息交換方法、測(cè)量和控制技術(shù)，以及設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用的量子系統(tǒng)架構(gòu)。報(bào)告指出，這些技術(shù)對(duì)于美國(guó)國(guó)家安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類福祉至關(guān)重要。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)在今年7月發(fā)布了《推進(jìn)量子信息科學(xué)：國(guó)家的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》的報(bào)告。該委員會(huì)認(rèn)為量子計(jì)算能有效推動(dòng)化學(xué)、材料科學(xué)和粒子物理的發(fā)展，未來(lái)可能最終會(huì)顛覆眾多科學(xué)領(lǐng)域。美國(guó)政府隨即在官網(wǎng)發(fā)文，督促學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府相關(guān)部門盡快就量子信息科學(xué)議題進(jìn)行交流，以保證量子信息研發(fā)的關(guān)鍵需求得到滿足。目前，美國(guó)科技公司谷歌、IBM等已經(jīng)在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有所投入。

日本：積極推進(jìn)光·量子技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

光·量子技術(shù)（光科學(xué)技術(shù)與量子束技術(shù)）是支撐包含產(chǎn)業(yè)技術(shù)、社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)在內(nèi)的諸多領(lǐng)域技術(shù)革新的重要基礎(chǔ)技術(shù)，可以說(shuō)是科學(xué)技術(shù)的“基礎(chǔ)設(shè)施”。日本在“量子束技術(shù)”與“光科學(xué)技術(shù)”領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。早在2011年12月，日本便在學(xué)術(shù)審議會(huì)尖端研究基礎(chǔ)委員會(huì)下設(shè)“光·量子束研發(fā)作業(yè)委員會(huì)”。該機(jī)構(gòu)立足于光·量子技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀與國(guó)內(nèi)外的情況，針對(duì)現(xiàn)在的課題以及今后推進(jìn)的戰(zhàn)略政策方針進(jìn)行研討。日本還將其運(yùn)用到新素材的開發(fā)以及品種改良、研制新藥品等諸多領(lǐng)域，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的高度化發(fā)展，增強(qiáng)了日本的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

在光科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，日本擁有成熟的半導(dǎo)體電子技術(shù)、光纖技術(shù)等激光技術(shù)。最先進(jìn)的激光技術(shù)具有高精度、高能量密度以及高效率能源轉(zhuǎn)換性能等特征，是被廣泛應(yīng)用于各尖端科技領(lǐng)域的先導(dǎo)基礎(chǔ)技術(shù)。日本擁有眾多開展光科學(xué)尖端研究的基地，比如光科學(xué)中心、電氣通信大學(xué)的激光新一代研究中心、物理化學(xué)研究所等。此外，日本在信息通信、太陽(yáng)能電池以及產(chǎn)品評(píng)估技術(shù)等領(lǐng)域，也具有較高的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

量子束技術(shù)作為一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于從基礎(chǔ)科學(xué)到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的諸多領(lǐng)域。例如，日本擁有光子工廠等放射光設(shè)施以及多種量子束設(shè)施，量子束研發(fā)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。尤其，X射線自由電子激光設(shè)施SACRA是量子束技術(shù)衍生出來(lái)的相干光源技術(shù)，今后，如果能夠與光科學(xué)技術(shù)融合，將成為取得飛躍式發(fā)展的重要技術(shù)。

中國(guó)：量子通信處于國(guó)際領(lǐng)先地位

在量子技術(shù)研發(fā)方面，我國(guó)在全球的排位比較靠前，有很好的科研積淀。2016年3月《第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》發(fā)布，其中量子通信和天地一體化信息網(wǎng)成為十大重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目，預(yù)計(jì)兩大專項(xiàng)基金支持力度接近千億，極大推動(dòng)量子通信軍用、民用大規(guī)模建設(shè)和應(yīng)用。量子通信的安全、高效以及國(guó)家在量子通信領(lǐng)域的逐步推進(jìn)，也讓市場(chǎng)對(duì)于量子通信的前景充滿了期待。

2016年8月16日，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空。這將使我國(guó)在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。量子衛(wèi)星的成功發(fā)射和在軌運(yùn)行，有助于我國(guó)在量子通信技術(shù)實(shí)用化整體水平上保持和擴(kuò)大國(guó)際領(lǐng)先地位，實(shí)現(xiàn)國(guó)家信息安全和信息技術(shù)水平跨越式提升，有望推動(dòng)我國(guó)科學(xué)家在量子科學(xué)前沿領(lǐng)域取得重大突破，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星系列可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。首顆量子衛(wèi)星發(fā)射后，我國(guó)還將發(fā)射更多衛(wèi)星，到2020年實(shí)現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)，屆時(shí)連接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)也將建成。到2030年左右，中國(guó)將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。

此外，我國(guó)在量子探測(cè)技術(shù)、量子點(diǎn)顯示技術(shù)、量子存儲(chǔ)技術(shù)、量子計(jì)算技術(shù)等領(lǐng)域都擁有廣闊的發(fā)展及應(yīng)用前景。

作者：張翼燕（中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所）

第二次量子革命序幕拉開 各國(guó)搶占技術(shù)制高點(diǎn)

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