推動我國量子信息領域國際化融合 打開前沿科技新疆域

來源：中國科協創新戰略研究院《創新研究報告》

第23期（總第518期）2022-7-19

【按】

量子信息技術突破了經典技術的物理極限，也開拓了信息技術發展的新方向，標誌着人類社會將邁進到量子信息技術的新時代。量子信息領域科技創新將對國際戰略競爭、國家安全和未來產業帶來重大影響，成爲國際科技競爭的關鍵節點。以美國爲主的科技強國正加強戰略佈局，加速量子信息技術發展。當前，我國正加大量子信息領域的科技戰略和產業佈局，並在量子通信及量子計算等子領域躋身核心位置，但仍與美國存在一定差距。中國科協創新戰略研究院前沿科技產業相關課題組持續跟蹤我國量子信息領域未來發展，對國際量子信息競爭態勢及我面臨挑戰等問題進行研究。

一、量子信息成爲全球各國爭相搶佔的前沿科技戰略要點

世界各國持續發力深化國際合作，全球量子信息合作網絡初步形成

近年來，以美國爲首的科技強國不斷擴大國家間合作覆蓋面，量子信息成爲國際交流的熱門資源。 2019年美國分別與日本、英國、澳大利亞達成量子信息領域合作盟約，2022年合作國家擴展至芬蘭、瑞典； G7峰會上美國、英國、日本、加拿大、意大利、比利時和奧地利七國達成基於衛星的量子加密網絡“聯邦量子系統”（FQS）開發合作； 加拿大與英國開展關於量子衛星的新合作項目，爲跨大西洋量子通信建立關鍵的衛星鏈路； 英國、澳大利亞聯合太空橋（Space Bridge）計劃首批投資於空間量子技術等領域； 法國與荷蘭簽署加強量子技術雙邊合作的諒解備忘錄； 印度後起發力，今年與美國、芬蘭、以色列密切聯繫以期達成量子信息合作網絡。

量子信息成爲世界各國政策佈局熱點

歐美各國爲加速發展量子信息科研，實現技術突破，儲備本國科技力量，與產業界共同推動研究和應用落地，從國家層面不斷加大政策扶持力度。 美國2021年新增《量子網絡基礎設施法案》《科學技術量子用戶擴展法案》，推進本國以量子爲中心的基礎設施發展； 加拿大、法國、奧地利、以色列、荷蘭、西班牙等國紛紛推進國家量子計劃落地成形，建設量子國家總部、量子中心。 北非國家突尼斯也啓動量子網絡項目QUANTUN以聯合本國量子物理和量子信息領域的研究人員，爲非洲大陸的第二次量子革命做出貢獻。 亞洲各國政策扶持力度不落於歐美，日本政府正式制定“發展量子技術和人工智能”新戰略，新加坡推動量子工程計劃（QEP）技術的試驗，韓國建立量子工業中心。 我國高度重視和大力支持量子信息領域的基礎研究、科學實驗、網絡建設和示範應用。 2021年量子信息等前沿技術發展被寫進《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，此後北京、安徽、廣東、上海、山東等21個省市在地方“十四五”科技與信息技術產業發展規劃中，對量子信息領域基礎科研、應用探索和產業培育等方面做出具體部署，提供政策引導與項目支持。

加強政產學研用在量子信息領域的協同創新正逐步形成新趨勢

美國2018年率先通過《國家量子倡議（NQI）》法案，授權美國國家標準與技術研究所（NIST）牽頭組建美國量子經濟發展聯盟（QED-C）以期在其國內建立量子技術產業及相關供應鏈，聯盟包含高校、研究機構、國家實驗室、科技企業、軍工企業和衆多初創公司在內各類型成員176家。 2021年世界各國全面推動國內聯盟化組織創立，以加快量子信息領域技術創新、實現成果轉化以及推進其技術商業化進程。 歐盟多國量子信息領域初創企業、研究機構和各領域行業企業在量子旗艦計劃支持下成立歐洲量子產業聯盟（QuIC）； 加拿大成立含24家企業的量子工業聯盟（QIC）； 德國西門子、默克、SAP等10家大型企業聯合成立量子技術與應用聯盟（QUTAC）； 日本日本電氣股份有限公司（NEC）、東芝、豐田等24家大型財團企業組建量子科技新產業創造委員會（Q-STAR），涉及通信、汽車、保險、金融和化學等行業。

量子信息領域科研方向加速發展，技術創新活躍

其中，量子計算子領域研究上升趨勢明顯，美國在量子計算前沿研究處於領先地位，學術論文發表量和研究機構數量位列全球第一，我國緊隨其後。 我國在量子密鑰子領域發表論文量位列第一，歐洲研究也較爲活躍。 量子測量子領域，美國科研機構發文量位列第一，中、德、日、英等國緊隨其後。 除高校科研機構外，IBM、Google和東芝等大型企業，在量子信息學術論文發表方面也處於前列。 量子信息領域技術應用方面，近十年量子計算子領域關注度上升最快，儘管距離量子計算機實用化還有一段距離，但科技巨頭對知識產權已開展前瞻佈局，美國在量子計算子領域專利總量和申請時間上佔有優勢，我國專利申請數量持續上升，增速較快。 但值得注意的是，相比於美國、日本以及歐洲等國，我國更多專利申請來自高校和科研機構。

二、我國量子信息領域發展面臨的挑戰

我國量子信息領域國際合作在科學研究層面集中迅猛發展，但國家層面合作尚未開拓

據統計，2011-2020年量子信息領域我國國際合作論文佔我國總髮文量（27，395篇）的30.50%。 2017年至今，我國量子信息領域年度國際合作發文量已趕超美國，位居全球第一，我國科技人員對外合作的國家和地區超過200個，日本、韓國、新加坡等國是我國科技人員的主要合作國，中國科學院、中國科學技術大學、清華大學、北京大學等高校佔據發文量前10名。 當下，歐美等國紛紛通過取長補短、強強聯合等方式在量子信息領域共同制定科技發展規劃，在科研開發、培育人才、基礎設施與數據共享等方面全面開展政府層面戰略合作，合作頻繁，覆蓋面廣。 但受限於國際形勢等因素，我國量子信息領域國際合作仍集中在高校及科研院所間，多以與國外相關科研院所或特定科學家進行科研項目合作、學術交流方式實現。

我國在量子信息領域發展居於世界前列，面臨以美國爲首發達國家的競爭

美國在量子計算和量子傳感兩個子領域處於領先地位，特別是在量子計算的主要方法技術上展現出性能優勢，歐洲則在量子傳感子領域居於世界前列。 我國雖然起步較晚，但在量子通信子領域目前處於領先地位，在量子計算子領域中超導透射量子比特（transmon qubit）最新研究成果比肩美國，子領域強勢崛起也使得以美國爲首的科技強國多方滲透制衡我國發展。 美國意圖確保量子信息領域的技術優勢，出臺《美國創新與競爭法案》，並將我國八家公司和實驗室列入其投資黑名單，限制對我國的出口。 日本爲促進與美國在量子信息等領域的聯合研究，限制外國研究人員參與，嚴格要求高校研究人員在申請公共基金時報告任何來自國外和其他外部來源的財政貢獻，以加強對敏感技術的控制。

我國在量子信息領域研發主要依靠科研院所，企業參與程度尚顯不足

由於量子信息領域技術研發潛在的巨大科研價值和商業價值，以谷歌、IBM、英特爾爲代表的國際科技企業巨頭依託美國科研院所學術優勢已佈局多年，並取得諸多前瞻性成果。 近年來，阿里巴巴、百度、華爲等國內商業巨頭先後成立實驗室，擴大量子信息領域佈局，但在成果研發上與國際龍頭企業還存在一定差距； 以中國電信、中國聯通、中國移動爲代表的國有企業則多通過與私營企業合作模式推動量子通信子領域產品化、產業化。 美國蘭德公司報告顯示，截止2021年10月，從事量子信息領域的美國企業共182家，科研成果佔全美總量的8%，企業和大學實驗室在學術期刊上的文獻合作程度較高； 我國從事量子信息領域的企業僅13家，研發產出前20名的機構均爲高校和科研院所。 國內企業在研發中發揮作用較小，研究機構和企業之間合作交流有限，缺乏穩定溝通合作平臺與機制，難以推動產學研在量子信息領域聯合創新。

專業學科基礎人才儲備不足，高水平科研人員和工程研發人才緊缺

全球各國都面臨同樣的量子信息領域人才儲備問題。 美國和歐洲一些國家都將量子信息教學發展列入到國家計劃中。 無論是2016年的歐盟《量子宣言》、2018年德國聯邦量子計劃，還是2018年9月美國白宮出臺的《國家量子信息科學戰略概覽》，均提出教育要從娃娃抓起，爲在未來擁有一支量子信息科學的人才大軍，應從早期開始部署，形成由小學至高中、大學完善的教育體系。

目前我國量子信息科學後備人才培養體系較爲單一，主要集中於中國科學技術大學、清華大學、浙江大學等高校碩博研究生，量子信息領軍企業中專業人才比重不高，以國科量子公司爲例，除頂級科研人員外，其研發人員和工程技術人員佔比僅50%左右。而我國量子信息人才教育佈局剛剛起步，2020年量子信息正式納入我國高等學校基礎學科，2021年中國科學技術大學獲批新設立量子信息科學本科專業和量子科學與技術博士學位點，人才培養起步晚，現今無法及時填補我國量子信息成熟人才的缺口。

三、對策建議

逐步拓展國家層面國際合作空間

在持續擴大我國與歐美國家合作規模的同時，與經濟發展態勢良好的亞非拉國家發展合作。 加強政府層面協商，推動中美基礎研究領域科學家聯合發聲，穩住中美現有合作規模。 隨着中美關係不確定因素增加，歐洲成爲繼美國之後與我國最大合作方，拓展平等互利的中歐雙邊合作，推動中歐量子信息領域優勢科研院所交流合作，開展聯合攻關，互惠共利； 穩步提升與日韓、新加坡及其他亞非拉國家的合作，依託“一帶一路”開發如印度、以色列、巴西、土耳其、阿拉伯、墨西哥等潛在夥伴，形成覆蓋美歐亞等世界多國的合作伙伴網，佔據量子信息全球合作網絡核心陣地。

積極推動量子信息領域產學研協同發展

加強學術產業交流，依託聯盟和學會等平臺，組織開展應用探索、產業需求、供應鏈建設等方面深入交流，探索科研、工程和產業各領域的分工合作協同機制，將科研院所、政府機構和企業緊密聯繫在一起形成產業化合力。 推動建立國際研發中心、校企共建產業園區，設立有實質合作內容的聯合研發中心或聯合實驗室，貫通與全球頂尖企業的研發合作。 增強我國企業在技術研發和推廣階段國際化意識，強化部署全球研發力量及優勢技術推廣，學習和吸收以華爲公司爲代表的國際化經驗。

完善人才培養和機制，培育專業型人才，共建國際人才融合“生態系統”

在整體規劃方面，加強“產業鏈”“創新鏈”和“人才培養鏈”的協調統一。

在吸引國際人才政策方面，依託《外國人才簽證制度實施辦法》等國家相關辦法，持續簡化和優化外籍人才的引進通道；持續跟蹤我國海外人才信息，研究新形勢下國際人才流動規律，爲精準引才引智提供依據。

在專業型人才培養方面，推動量子信息本科教育，開展中學量子物理科普教育，藉助我國量子信息領軍企業科研平臺，培養一批以中青年科技人才爲主、充滿創新活力的量子信息研究後備力量。

作者：齊碩、李世欣，中國科協創新戰略研究院， 責任編輯： 黃詩愉

項目來源：中國科協創新戰略研究院科研項目“前沿科技產業我國科技人才國際化融合趨勢研究”

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