量子信息领域的国家战略布局与研发态势分析

当今世界百年未有之大变局加速演进，新一轮科技革命与产业变革正在重构全球创新版图，前沿科技领域学科交叉与技术融合的发展趋势愈加明显。作为量子物理与信息科学相结合的量子信息领域迅猛发展，直接推动了量子力学理论与信息技术创新体系的突破性演进、颠覆式创新以及变革式应用，也在一定程度上成为了新科技革命引领方向与技术竞争的制高点。由此，美国、英国、日本等世界主要科技强国已将发展量子信息科技上升到国家战略高度，并就量子信息技术广阔的应用前景和蕴含的巨大社会经济价值形成共识，系统部署了一系列重要科技战略规划和研发项目来抢夺“量子优势”。相关领域资金与人员投入也呈现加速增长趋势，由量子信息引发的新一轮“科技竞赛”与“大国博弈”已经拉开帷幕。

我国同样高度重视量子信息领域的科技创新，“十四五”规划将“量子信息”列为“事关国家安全和发展全局的基础核心领域”，并在该领域组织了具有相当体量和规模的研究创新队伍，突破了一系列重要科学问题和关键核心技术，基础研究、应用探索和产业培育的体系化布局加速发轫。2016年发射升空世界首颗量子科学实验卫星“墨子”号，2017年正式开通世界首条量子保密通信“京沪干线”，此后，量子计算原型机“九章”与“祖冲之号”相继问世，这一突破使我国成功实现“量子优越性”。

2022年党的二十大报告总结指出，我国已经在量子信息等战略新兴产业领域实现了一些关键核心技术的突破，进入创新型国家行列。为了更加明晰我国在量子信息领域的发展现状以及在全球竞争中的地位，本文重点梳理了美国、欧盟、英国、日本以及中国推进量子信息领域发展的国家/地区战略部署，并基于论文和专利的计量分析，对全球量子信息领域的基础研究和应用研究的发展态势进行梳理，据此提出我国进一步发展量子信息的对策建议。

从20世纪80年代开始，科学家将量子力学理论引入到信息科学与计算机科学领域，量子信息科学这个前沿交叉学科应运而生。继创建了量子理论与催生了晶体管、激光、核磁共振等技术的“第一次量子革命”之后，以“量子纠缠”为典型特征的量子信息技术的发展直接引发了“第二次量子革命”，被公认为是21世纪最重要的前沿科技之一，有望实现对信息处理能力的革命性突破，其科学价值和战略意义备受国内外关注。

量子信息技术涉及量子计算、量子通信和量子测量三大应用领域，分别可以提升计算处理速度、增强信息传输安全保障能力、改善测量精度和灵敏度（表1）。量子计算是一种远超传统通用计算的新型计算模式，具有所谓的“量子优越性”或“量子霸权”，其理论模型是通用图灵机，主要研发目标是实现通用可编程的量子计算机，并不断探索超导量子计算技术和光量子计算技术，现已进入技术验证与应用场景探索阶段。量子通信是一种以量子态为载体来传递信息的新型通信手段，主要涉及量子密码调制、量子远程传态和量子密集编码等，典型应用形式包括量子密钥分发和量子隐形传态，前者是目前该领域最为成熟和实用化程度最高的技术，量子通信与量子计算融合形成的量子通信网络是未来量子信息领域发展的主要目标。量子测量是利用磁、光与原子的相互作用，实现对各种物理量超高精度和高灵敏度的测量，甚至可以突破经典测量的散粒噪声极限，其实用化产品是量子传感器，目前在各学科和行业领域都拥有广泛应用场景，但商业化应用和产业化规模较为有限，仍处于初级发展阶段。

准确把握全球主要国家在量子信息领域的战略部署与项目布局，分析推动量子信息技术快速发展的关键举措，对于我国制定量子科技政策、促进量子信息技术应用探索和相关产业培育具有重要意义。吕凤先等研究了美国近20年对量子信息科学基础研究的政策部署，发现经费投入与融合发展是促进量子科技发展的关键举措；Yamamoto等梳理了日本近30年量子信息科技的发展历程与国家项目，指出大力开展产学研的协同创新至关重要；高芳等梳理了代表性国家的量子信息技术发展战略，并从加强顶层设计、多层次协同攻关、提高公众参与度、参与国际标准制定等方面提出对我国的启示。

近年来，量子信息领域科研加速发展，技术创新高度活跃。中国信息通信研究院从2018年开始连续五年发布《量子信息技术发展与应用研究报告》，持续对量子信息技术发展态势及应用进展跟踪研判，其统计数据显示，截至2022年9月，全球在量子信息领域的投资总额已达160亿美元。相关研究运用文献计量方法展现了量子领域研发现状：Seskir等基于关键词将量子技术相关论文归纳为三组，分别是量子通信/密码学、量子计算以及量子系统的物理实现；Winiarczyk等对量子信息处理领域的专利活动进行分析，并采用时间序列模型预测了未来专利申请数量的变化趋势；张志强等以SCI论文产出情况研究量子信息领域的全球研发与竞争态势，发现美国和中国科学院分别在国家和机构层面具有明显发文优势；储节旺等基于专利进行量子信息领域的颠覆性技术演化与预测分析，认为量子通信网络与量子加密算法是未来重要发展趋势。

美国作为世界科技头号强国，对量子信息领域长期高度关注，是最早将量子信息列为国防与安全研发计划的国家，并以法案形式将量子科技上升到国家战略层面，早在2002年就制定了《量子信息科学和技术发展规划》。美国国防部高级研究计划局于2007年将量子科技作为核心技术基础列入其战略规划；2018年，美国通过《国家量子计划法案》，发起了十年“国家量子行动计划”，这是美国量子领域发展的一个里程碑事件，预计在2019—2023年为量子研究提供12.75亿美元资助，同年还发布了《量子信息科学国家战略概述》，进一步巩固美国在该领域的全球领导地位；2022年美国通过《芯片与科学法案》，推进对量子计算领域的关键技术研发和商业化。从财政投入来看，美国政府对量子信息领域的研发投入在2019—2022四年间，每个财年分别拨款了4.35亿（实拨）、5.79亿（实拨）、6.99亿（预算额）以及8.77亿（申请额）美元，年度增长率高达25%以上。

为了支撑和管理国家量子计划，美国成立了国家量子协调办公室、国家量子计划咨询委员会、量子信息科学小组委会等机构，同时联合国家实验室、科技巨头企业、高等科研机构、国际盟友等共同组建顶尖科研综合体，结成了芝加哥量子联盟、量子信息边缘联盟、马里兰量子联盟等，设立了下一代量子科学与工程中心、量子优势联合设计中心、量子系统加速器等科学中心。此外，美国多措并举强化量子人才培育，发布了《量子信息科技劳动力发展国家战略规划》，美国国家科学基金会还大力推进量子技术素质教育，牵头启动了“美国Q-12教育合作伙伴计划”，旨在将量子相关课程融入K-12教育（基础教育）体系。

当前，我国在量子信息这一前沿科技领域已经拥有了一定的基础研究积累、技术创新实力和产业先发优势，产出了一大批具有重要国际影响力的基础研究和产业化成果，基本进入跟跑、并跑和领跑的并存阶段。我国“量子之父”潘建伟院士曾总结“中国在量子通信的研究和应用方面处于国际领先地位，在量子计算方面与发达国家处于同一水平线，在量子精密测量方面发展迅速”。随着量子信息领域国际科技竞争的日益激烈，为进一步巩固和提高“量子优势地位”，借鉴国外战略布局先进经验，我国还需在国家战略部署、专业人才引育、产学研协同创新体系构建等方面集中发力。

1）加速战略规划部署，重视基础研究资源投入

量子科技关乎国家战略已经成为国际共识。我国虽然在顶层设计上高度关注了这一前沿科技和战略新兴产业的发展，但与其它科技强国相比，对关键研究领域的规划指导和投入力度还稍显不足，相关技术研发和应用探索的战略布局尚未形成有机整体。值得一提的是，在量子信息领域，美国致力于通过加大出口管制、交易审查、国际禁运等制裁手段力度，对中国实施供应链的“精准脱钩”和针对性打压，以此遏制我国量子技术的研发创新能力，对我国取得的局部领先优势发起强烈冲击。

对此，我国务须加强量子信息领域的政策储备与资源支撑，有效整合领域研发资源、突破关键核心技术并提升产业链的自主创新能力。首先是在国家层面上继续保持高度重视和战略研判，充分发挥新型举国体制在关键核心技术攻关上的制度优势，系统制定国家量子战略规划和阶段目标，以国家战略需求为导向推进领域科技力量的统筹建设和优化配置，加快量子领域的国家实验室建设。其次要发布明确的量子信息发展路线图，科学研判该领域急需攻克的关键核心技术和共性问题瓶颈，客观分析各细分领域的技术创新预期目标与产业化时间，并结合国家已有的技术研发基础，在自然科学基金、科技重大专项、重点研发计划、战略性先导科技专项中对基础共性关键问题的突破给予针对性的资助倾斜。最后是要重点关注量子信息领域基础研究的战略部署，未来我国应让更多的资源向基础研究领域倾斜，力求改变传统的“引进—吸收”技术创新模式，提高自主创新能力，大力打造量子信息领域的原始创新策源地。此外，也可以通过加强与欧盟、金砖国家、一带一路沿线国家的国际合作，建立科学家联盟，打造无国界实验室，开展科技创新合作等方式，提升我国的“量子”国际地位与话语权。

2）积极参与顶尖人才争夺，引聚育留科技人才

量子信息领域的前沿性和交叉性，决定了其发展需要一支强大的科技人才队伍支撑，2022年的诺贝尔物理学奖就颁发给了三位量子信息科学领域的科学家。近年来，高水平科研人员和工程研发人才供应不足已经成为制约量子信息领域发展的重要因素，因而美英日等发达国家大力支持量子信息人才的引进与培育，构筑涵盖产业界的量子研究生态体系，持续抢占国际量子人才制高点。

鉴于此，我国也应把人才的“引聚育留”放在重要位置，在量子科技创新链各环节大力加强技术研发人才的培养储备，优化面向量子信息领域领军人才的招引评价机制。（1）“引才”方面需要不断拓展国际合作与人员交流，在全球范围内引进高水平的学术带头人，加快汇聚量子信息领域的基础研究人才队伍；并重点支持顶尖科学家领衔建设新型研发机构，带动吸引一批高精尖人才开展相关基础研究和成果转化探索。（2）“聚才”上要充分发挥国家及省级各类实验室、新型研发机构、大型科学基础设施等高能级科技创新平台以及重大科技项目的牵引汇聚作用，围绕量子信息领域前沿方向进行基础研究人才布局；同时通过出台引导性优惠政策，让高新技术企业深度参与到量子信息技术的研发活动，建设产研结合的量子科技服务平台。（3）“育才”方面要鼓励相关高校加强量子学科和课程体系建设，促进学科专业教育的交叉融合，尤其是要鼓励学术界与产业界以联盟的方式培养人才，遵循“基本理论+技术原理+创新实践”的教育设计思路，形成贯穿“产学研用”全链条、具有国际竞争力的量子人才梯队，培养一批具有创新活力的青年科学家。（4）“留才”上“筑巢引凤”，为量子人才发展提供有竞争力的薪酬待遇和保障条件，健全“基本工资+多种绩效激励”的长效人才激励机制，出台完善人才创新创造、职称评定、人才使用管理等方面的实施细则或配套措施，并形成试错机制，鼓励科研人才创新，最大限度提升我国在量子人才政策上的长期吸引力与竞争力。

3）健全技术创新体系，推动产学研协同创新

量子信息领域目前总体处于从“科学”到“技术”转化的早期阶段，其技术演进和产业化应用推广仍具有长期性和众多的不确定性。从我国在量子信息领域的研发态势来看，现阶段高校和科研院所是国内科研的“主力军”，学术界开放探索和研究合作仍是主流。虽然我国在关键核心技术上不断突破，但产业创新平台支撑以及与产业界的融合都相对有限。而且由于科技金融体系的缺乏，科技企业的研发参与和投入热情明显不足，在技术方向选择、领域前瞻性等方面都较为薄弱，尚不能与现有技术研发攻关能力相匹配。

因而，我国应借鉴美国和欧盟的量子产学研联盟、产学研社区等建设经验，使学术界的技术研发充分考虑产业界的现实需求，形成更多以量子信息技术创新赋能产业发展的典型案例。一是整合高校和科研院所的量子科教资源，建设量子信息的国家级、省级实验室和工程技术研究中心等创新平台，同时发挥企业在科技创新中的主体作用，依托领军企业组建一批技术创新联合体，打通产学研合作的制度壁垒和信息壁垒。二是充分发挥企业在量子信息技术突破和产业化推进过程中的作用，将国内行业龙头企业与优势科研机构联合起来，通过共建云平台和开源社区、联合开展产学联合研发项目、组织技术交流论坛与创新竞赛、成立产业联盟和新型研发机构等方式，开展深度合作，实现优势互补与应用探索；并鼓励科研人员携带科技成果创办公司，大量孵化催生量子信息企业。三是完善产学研合作资金支持体系，带动地方、企业、高校加大对成果转化关键环节的投入力度，支持高校开展科研成果商业化技能培训，并聘请专业团队辅助完善创新成果转化，使科研人员能够对“新思想”进行初步的商业化探索，提高我国在量子信息技术应用层面的主动性。四是支持有条件的区域建设量子信息技术产业园，集技术研发、样机研制、企业孵化、产品产业化于一体，并注重引入咨询类、法务类、财务类等非技术研发类公司，促进资金、技术、应用、市场等要素对接，贯通创新链、产业链和价值链，有效解决科技经济“两张皮”困境。