作為現(xiàn)今世界科技的最前沿領(lǐng)域，量子科技的發(fā)展引起了一系列顛覆人們認(rèn)知的科學(xué)發(fā)覺和科技發(fā)明，不斷改變著世界的面貌。其所催生出的新興技術(shù)日漸成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)跨越發(fā)展、軍事裝備急速進(jìn)步的基石與動(dòng)力。在科技革命這場“沒有烽煙的戰(zhàn)爭”中，量子科技研究早已成為了“兵家必爭之地”，世界各國若果在下一輪發(fā)展中拔得奪魁，就必須迅速占領(lǐng)這塊勝利的高地。
各國量子科技新政沿革
在量子科技重要性日漸顯現(xiàn)的背景下，以英國、日本、歐洲等為代表的世界主要大國和地區(qū)陸續(xù)啟動(dòng)了量子科技發(fā)展計(jì)劃，加強(qiáng)量子科技發(fā)展的經(jīng)濟(jì)投入。各國立足于本國實(shí)際，頒布了一系列多樣的量子科技創(chuàng)新發(fā)展新政。
早在2002年，俄羅斯便率先制訂了《量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》，給出了德國量子科技發(fā)展的主要步驟與時(shí)間表。2007年，印度防部中級(jí)研究計(jì)劃局將量子科技作為主要核心技術(shù)納入了其戰(zhàn)略規(guī)劃。2016年，法國防部開始支持軍用量子科技技術(shù)發(fā)展，量子科技即將步入部隊(duì)發(fā)展計(jì)劃之中。英國前首相特朗普在2018年簽訂的《國家量子呼吁法案》，即將開啟了韓國量子領(lǐng)域的“登月計(jì)劃”。該法案是英國政府統(tǒng)籌推動(dòng)國外量子科技發(fā)展的法律基礎(chǔ)，也是日本籌謀量子科技技術(shù)全球領(lǐng)先地位的戰(zhàn)略規(guī)劃。按照法案，英國政府將在未來三年內(nèi)投入12.75億港元舉辦量子科技研究，并創(chuàng)立國家量子科技協(xié)調(diào)辦公室，以協(xié)調(diào)政府機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界，產(chǎn)生發(fā)展的合力。2020年，俄羅斯政府宣布撥款10億港元構(gòu)建12個(gè)新的人工智能和量子信息科學(xué)研究所。至此，英國的量子科技發(fā)展模式基本確立。
十幾年間，法國政府通過發(fā)布一系列戰(zhàn)略性文件增強(qiáng)量子科技在全省科研領(lǐng)域中的地位，為量子科技的發(fā)展做好了完備的新政支撐?，F(xiàn)在，日本早已產(chǎn)生了一套以日本政府為領(lǐng)導(dǎo)核心，12個(gè)國家量子科技研究所為發(fā)展支點(diǎn)，社會(huì)和學(xué)界協(xié)同發(fā)展的新型量子科技發(fā)展模式。在該模式下，政府、量子科技研究所、社會(huì)和學(xué)界協(xié)同發(fā)展，產(chǎn)生了一股強(qiáng)悍的量子科技發(fā)展合力。
世界各國量子技術(shù)施行的新政
美國政府一貫注重量子科技研究，曾在量子科技領(lǐng)域內(nèi)大放異彩。但在近些年來，美國卻后續(xù)頭暈，逐漸落后于其他國家。為應(yīng)對(duì)這一情況，韓國政府發(fā)布了三項(xiàng)重要的量子科技發(fā)展戰(zhàn)略。一是2017年發(fā)布的《量子科學(xué)技術(shù)的新推動(dòng)方案》，在該方案中，美國政府重點(diǎn)聚焦了量子信息處理、量子估算與傳感器、極短脈沖激光、下一代激光機(jī)關(guān)4個(gè)領(lǐng)域，希望通過這種技術(shù)的攻關(guān)迸發(fā)英國在量子科技領(lǐng)域的競爭力。二是2018年啟動(dòng)的“光·量子躍遷旗艦計(jì)劃”，該計(jì)劃施行周期為2018－2027年，重點(diǎn)投資量子模擬和估算、量子傳感器和超短脈沖激光器三大技術(shù)領(lǐng)域，是美國未來六年間量子科技發(fā)展的重要計(jì)劃。三是2020年發(fā)布的《量子技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略》，該報(bào)告為德國量子科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展制定了技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略、國家戰(zhàn)略、產(chǎn)業(yè)與創(chuàng)新戰(zhàn)略、知識(shí)產(chǎn)權(quán)與國際標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略、人才戰(zhàn)略五大發(fā)展戰(zhàn)略。戰(zhàn)略從人才、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、國際合作、國內(nèi)市場規(guī)范等多個(gè)方面為臺(tái)灣未來十到二六年間的量子科技發(fā)展作出了明晰的計(jì)劃和戰(zhàn)略布署，建立了美國量子科技發(fā)展新藍(lán)圖基本的框架。
為應(yīng)對(duì)量子科技國家競爭激烈的局面，美國政府還在計(jì)劃聯(lián)合日企以共同構(gòu)建美國國家量子技術(shù)競爭力。美國政府計(jì)劃與50家日企牽手創(chuàng)立一個(gè)量子研究團(tuán)體。該團(tuán)體涵蓋富士通公司、NEC等多個(gè)臺(tái)灣著名企業(yè)，有望在量子通訊和量子估算等多個(gè)領(lǐng)域共同推進(jìn)美國量子技術(shù)的發(fā)展。
在臺(tái)灣量子科技常年的發(fā)展之中，美國政府層層推動(dòng)，制定了科學(xué)有效的發(fā)展戰(zhàn)略，逐步產(chǎn)生了分階段推動(dòng)、各階段重點(diǎn)突出的發(fā)展模式。
法國方面很早就意識(shí)到了量子科技的巨大潛力。2008年，歐共體便發(fā)布了《量子信息處理與通訊戰(zhàn)略報(bào)告》，開始聯(lián)合法國各國發(fā)展量子通信技術(shù)。2016年3月，歐共體委員會(huì)發(fā)布《量子宣言》，號(hào)召亞洲各國參與量子技術(shù)旗艦計(jì)劃，共同構(gòu)建法國的量子科技產(chǎn)業(yè)。到了2018年，歐共體擬定的量子技術(shù)旗艦計(jì)劃即將開始推行。該計(jì)劃將長達(dá)六年，預(yù)算達(dá)10億美元，涉及4個(gè)量子科技尖端領(lǐng)域，為整個(gè)亞洲的量子產(chǎn)業(yè)發(fā)展在宏觀上奠定了戰(zhàn)略基礎(chǔ)。
不僅宏觀上的戰(zhàn)略布局之外，亞洲各國也制訂了自己的發(fā)展計(jì)劃，在國家層面上引領(lǐng)著整個(gè)法國量子科技的發(fā)展。2014年，西班牙啟動(dòng)了量子科技發(fā)展的第一個(gè)“五年計(jì)劃”，并于計(jì)劃期間建成了通訊、傳感、成像和估算四大研制中心。2018年，西班牙又通過了新的三年計(jì)劃，計(jì)劃投資3.15億美元建成一個(gè)國家量子估算中心和四個(gè)量子中心。2020年，俄羅斯防部發(fā)布文件開始推動(dòng)量子科技在防務(wù)體系中的發(fā)展。日本在規(guī)劃量子科技發(fā)展上走在了整個(gè)法國的前列，為法國的量子科技發(fā)展平添了巨大的活力。
據(jù)悉，美國和日本也制訂了相應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略來規(guī)劃本國的量子科技發(fā)展。日本在2018年發(fā)布報(bào)告《量子技術(shù)：從基礎(chǔ)研究到市場》，為國家量子科技的發(fā)展定下了總體的框架。同樣在2018年，法國出臺(tái)了“數(shù)字經(jīng)濟(jì)國家項(xiàng)目”美國量子通訊，將量子科技列為了九大重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象之一，規(guī)劃了俄兩年內(nèi)的量子科技研究工作。
歐共體和亞洲主要國家在量子科技領(lǐng)域內(nèi)積極布局，從宏觀、微觀層面頒布了一系列的量子科技發(fā)展計(jì)劃，產(chǎn)生了以歐共體為推動(dòng)，各國持續(xù)跟進(jìn)的多輪驅(qū)動(dòng)發(fā)展態(tài)勢。
量子科技軍民兩用應(yīng)用情況
無論是在軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，量子科技都突顯出了極為寬廣的應(yīng)用前景和強(qiáng)悍的產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)力。世界各國都在降低研制投入，加強(qiáng)專利申請(qǐng)，力爭在這場“軍備大賽”之中取得優(yōu)勢地位?？傮w而言，全球呈現(xiàn)出了韓國領(lǐng)跑，世界各國爭相競逐的競爭格局。
日本的量子科學(xué)技術(shù)仍處于世界領(lǐng)先地位，非常是在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。2021年日本IBM公司研發(fā)出了一臺(tái)能運(yùn)行127個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)——鷹，是迄今為止全球最大的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。量子比特是量子計(jì)算機(jī)的基本信息單元，其數(shù)目是評(píng)估一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)性能高低的通常性標(biāo)準(zhǔn)。在超導(dǎo)量子領(lǐng)域，每降低一個(gè)量子比特代表著計(jì)算機(jī)在估算性能方面向前邁出了一大步，量子處理器的潛在性能也翻了一番，可以提供比現(xiàn)今計(jì)算機(jī)更快的指數(shù)級(jí)運(yùn)算速率。IBM表示，將在未來推出超過1000個(gè)量子比特的計(jì)算機(jī)。
據(jù)日本家科大學(xué)所述，量子計(jì)算機(jī)的使用前景非常寬廣，可以應(yīng)用于醫(yī)療技術(shù)、物流、氣候等方面，給抗生素開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)安全、金融建模等領(lǐng)域帶來革命性的改變，處理精典計(jì)算機(jī)難以解決的問題。一方面，量子計(jì)算機(jī)可以促使人工智能學(xué)習(xí)的發(fā)展，用于開發(fā)更精確的致命性自主裝備系統(tǒng)。另一方面，量子計(jì)算機(jī)及量子傳感還可以和人工智能技術(shù)結(jié)合發(fā)展，進(jìn)一步升級(jí)英軍軍事情報(bào)、監(jiān)視與偵查系統(tǒng)。
除此之外，在量子技術(shù)研究方面，日本家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)于2021年發(fā)覺宏觀量子糾纏直接證據(jù)，有助于其在量子網(wǎng)路方面的研究；耶魯學(xué)院和麻省理工大學(xué)開發(fā)出了可編程量子模擬器，運(yùn)行量高達(dá)256個(gè)量子比特，有助科學(xué)家在材料科學(xué)、通信技術(shù)等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。
美空軍研究實(shí)驗(yàn)室通過量子信息技術(shù)為士兵提供便攜式的定位。量子技術(shù)可以顛覆傳統(tǒng)的天線檢測電磁訊號(hào)，成為一種新型的信息處理平臺(tái)。日本量子科學(xué)家說：“量子技術(shù)異常復(fù)雜，而且展開量子技術(shù)研究才能得到巨大回報(bào)。通訊、導(dǎo)航、定位、計(jì)算以及戰(zhàn)場偵測是海軍須要的重要作戰(zhàn)功能。”
作為量子理論的主要發(fā)祥地，法國很早就意識(shí)到量子信息處理和通訊技術(shù)的潛力，近些年來更是在多個(gè)領(lǐng)域不斷取得突破，其中英國、法國和比利時(shí)近些年來取得的成果最為明顯。據(jù)報(bào)導(dǎo)，2021年悉尼學(xué)院化學(xué)學(xué)家首次找到使用量子糾纏將信息編碼成全息圖的方式，對(duì)于進(jìn)一步創(chuàng)造更高碼率、更低噪音的圖象有很大的裨益；同時(shí)美國量子通訊，英研究與創(chuàng)新機(jī)構(gòu)（UKRI）發(fā)布消息稱，伯明翰學(xué)院研制出一款新型的量子成像儀，這一技術(shù)在醫(yī)療保健、國防、安全、運(yùn)輸和制造領(lǐng)域都可以得到廣泛運(yùn)用。
2021年，西班牙索邦學(xué)院牽頭組成的量子研究團(tuán)隊(duì)在量子存儲(chǔ)器的研究上取得新突破，在存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)和檢索效率上創(chuàng)造了新的記錄，對(duì)未來法國構(gòu)建大規(guī)模的量子通訊網(wǎng)路邁出了關(guān)鍵一步。而英國早在2019年就開始借助量子糾纏效應(yīng)構(gòu)建量子網(wǎng)路，相關(guān)研究人員表示目前早已實(shí)現(xiàn)第一個(gè)量子網(wǎng)路原型?？梢灶A(yù)見一個(gè)絕對(duì)安全的通訊系統(tǒng)在不遠(yuǎn)的將來才會(huì)漸漸投入使用，廣泛的應(yīng)用于軍事保密通訊、政府機(jī)關(guān)、軍工企業(yè)和各種民用機(jī)構(gòu)，前景非常寬廣。據(jù)悉，2022年1月，法國首臺(tái)超5000量子位元的量子計(jì)算機(jī)在日本即將啟用，該機(jī)器在取樣和處理問題上效率明顯，是法國量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)里程碑式的突破。
美國普利茅斯學(xué)院研制出的量子成像儀
作為量子通訊領(lǐng)域的先驅(qū)者，英國在這一領(lǐng)域的發(fā)展獨(dú)樹一幟。2021年6月，韓國富士通公司通過實(shí)驗(yàn)，成功將量子比特信息的傳輸距離延長至600公里。這項(xiàng)新技術(shù)可用于組織安全通訊，成為新一代數(shù)據(jù)網(wǎng)路的基礎(chǔ)，使信息能否在確保安全的同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。研究人員使用特殊的量子秘鑰分配（QKD）技術(shù)將傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并建立量子網(wǎng)路，進(jìn)而降低外部環(huán)境的影響，最大程度的確保信息通信的安全性和有效性。這一項(xiàng)技術(shù)可以極大提升軍部內(nèi)部通訊的保密性，在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
臺(tái)灣于2020年開始構(gòu)建全球量子加密網(wǎng)路，并大力促進(jìn)單載流子元件、量子傳感和量子中繼技術(shù)的發(fā)展。據(jù)悉，為了下一代量子計(jì)算機(jī)與量子通訊等技術(shù)初期落地使用，美國建立產(chǎn)、學(xué)、研一體化研制機(jī)制，預(yù)計(jì)在2035年實(shí)現(xiàn)100萬量子位的量子計(jì)算機(jī)，2050年制造出容錯(cuò)通用量子計(jì)算機(jī)。臺(tái)灣聯(lián)通公司NTT和東京學(xué)院的科學(xué)家表示，通過量子態(tài)隱型傳輸是量子中繼的基礎(chǔ)技術(shù)，假若量子中繼器可以投入實(shí)際使用，有望實(shí)現(xiàn)真正意義上的“萬物互聯(lián)”。
結(jié)語
量子科技發(fā)展方興未艾，各國舊式量子科技發(fā)明和發(fā)覺井噴式的呈現(xiàn)在人們的眼前，顛覆著人們的世界觀。無論是現(xiàn)代戰(zhàn)爭還是人們的日常生活，都將在這場量子科技革命之中發(fā)生翻天覆地的變化。