检测到您的浏览器版本过低，可能导致某些功能无法正常使用，建议升级您的浏览器，或使用推荐浏览器 Google Chrome 、Edge、Firefox 。 X
量子信息科学(QIS)是包含多种不同量子技术的总称。自第一次量子技术研讨会至今，量子信息科学的发展已经历近20余年，其推动科技重大进步的潜力变得愈加明显，有可能塑造21世纪的地缘政治。其中，量子计算是量子技术的重要分支，其有望通过大幅提高一系列行业的计算速度与处理能力，为社会带来巨大的经济和军事利益。拥有最优秀量子计算机的国家可能会在多个关键领域获得优势，包括制药、电池、化肥、情报收集和先进武器系统等。迄今为止，在量子信息科学领域，量子计算在美国获得了最多的公共和私人资金，反映出其对美国国家安全的重要性。全球至少已有包括中美在内的17个国家制定了支持量子计算研发的国家战略。鉴于利害关系，量子计算已成为中美战略竞争的中心阵线之一。目前中美两国量子计算的发展呈现如下特点。
一、量子发展战略：中美皆给予高度重视
从战略层面来看，中美对于量子计算等量子信息科学都给予了高度重视。美国在量子信息科学方面的发展思路主要通过2018年发布的两份政策文件来呈现——《量子信息科学国家战略概述》和《美国国家量子计划法案》（简称NQI法案）。其中，《量子信息科学国家战略概述》为美国提供了量子技术研发的总体愿景和框架，明确了三个主要目标，分别是：1）采取以科学为基础的方法开发量子技术，重点是识别和解决“能够带来变革性科学和工业进步的问题”；2）通过“加速技术开发，使量子信息系统在经济和任务上得到应用，并与国际伙伴合作，同时保护国家安全”，增强国家竞争力；3）“建立一支量子智能和多元化的劳动力队伍，以满足不断发展的领域的需求”。该文件建议通过关注六个领域来推进这些目标：科学、劳动力、工业、基础设施、安全和国际合作。NQI法案则为美国的量子研发创建了框架，并对三个机构进行了授权——美国国家标准与技术研究所（NIST）、美国国家科学基金（NSF）和美国能源部。此外，美国还出台了《量子信息系统人力发展国家战略计划》、《关于社区对国家量子信息科学战略投入的量子前沿报告》、《关于提升美国在量子计算领域的领导地位并降低易受攻击的加密系统风险的国家安全备忘录》（简称美国国家安全备忘录10/NSM-10）等文件对其量子战略进行了进一步补充。
中国通过一系列广泛的国家科技计划和项目来推动量子技术研发。例如，“十三五”科技军民融合专项计划强调了量子技术的重要性，“十三五”国家科技创新计划同样优先考虑量子通信和计算方面的发展，包括开发通用量子计算原型和实用量子模拟器。2024年《政府工作报告》中提到在积极培育新兴产业和未来产业领域，要制定未来产业发展规划，开辟量子技术、生命科学等新赛道，创建一批未来产业先导区。近年来，中国已有二十余个省市在地方“十四五”科技与信息技术产业发展规划中，针对量子计算基础科研、应用探索和产业培育等方面提出规划部署，采取措施主要聚焦在量子计算技术研发、应用探索和产业培育等方向。
二、资助研发机制：美国民营力量强、中国由政府主导
美国对量子研发的资助体系呈现多元化特点，以行业主导、政府支持为主。政府支持方面，美国政府的量子信息资助体系包含了国家量子协调办公室等协调部门、美国国家科学基金等民用研发实体、各军队研究办公室等军用研发实体以及联邦政府资助的国家实验室等（见表1）。私人投资方面，民营企业的投资和研发能力很强。美国的量子产业则包括成熟的科技公司和成立不久的初创公司，往往会推动创新和关键的发展里程碑。兰德公司2022年报告指出，中国初创企业资金仅为4400万美元，与美国初创企业可获得的12.8亿美元形成鲜明对比。麦肯锡2023年的一份报告也指出，美国对量子初创企业的私人投资总额大约是中国的10倍。欧盟于2024年2月发布的《2030年战略研究和创新议程：未来十年的量子雄心和路线图》（SRIA 2030：Roadmap and Quantum Ambitions over this Decade）报告也显示，美国私人投资者不仅超过中国，而且在量子技术投资方面也领先世界，其投资额是欧盟私人投资的五倍多。
中国的资助模式以政府为主导，通过组建国家实验室和实施重大科技专项等措施来推动形成量子领域的全面科研布局（见表2）。其中，合肥微尺度物质科学国家研究中心、中国科学院量子信息重点实验室等机构领衔中国的量子信息研究发展。中国国家自然科学基金会 则资助了中国大量的量子出版物（涉及量子计算、量子传感和量子通信），起到了重要的支持作用。而在产业化方面，中国的合肥高新技术产业开发区已开辟有“量子大道”，汇集了量子领域上下游关联企业数十家，涵盖量子通信、量子计算、量子精密测量等领域。规模虽不及美国，但中国在量子领域的初创企业已逐渐成长起来，并已有华为、腾讯等大型科技公司积极投入研发。
表1、美国政府的量子生态体系组成
协调、监督及支持机构 | 民用研发实体 | 军用研发实体 | 智能研发实体 | 联邦政府资助的国家实验室 |
美国众议院和美国参议院；国家量子协调办公室；量子信息科学小组委员会；量子科学经济和安全应用小组委员会；国家量子计划咨询委员会；美国国务院；联邦调查局；美国专利商标局 | 美国国家科学基金会NSF；美国能源部DOE；美国国家标准与技术研究局NIST；美国宇航局NASA | 美国国防高级研究计划局DARPA；陆军研究办公室；空军科学研究办公室；陆军研究实验室；海军研究实验室；空军研究实验室；国防部研究与工程副部长办公室 | 美国国家情报总监办公室的高级情报研究项目；美国安全局物理科学实验室；中央情报局；国土安全部 | 阿贡国家实验室；布鲁克海文国家实验室；劳伦斯伯克利国家实验室； 劳伦斯利弗莫尔国家实验室； 费米国家加速器实验室； 洛斯阿拉莫斯国家实验室；桑迪亚国家实验室； 橡树岭国家实验室；太平洋西北国家实验室 |
资料来源：CNAS。2024年5月。
表2、中国政府的量子生态体系组成
政府机构和国家实验室 | 高校和研究机构 | 企业 |
科技部；工信部；发改委；国家自然科学基金；工商银行；建设银行；中国互联网投资基金；中国改革基金；各地方政府；合肥微尺度物质科学国家研究中心；中国科学院量子信息重点实验室等。 | 中科院；清华大学；中科大；北京邮电大学；南京大学；北京大学；上海交通大学；浙江大学；国防科技大学；山西大学；大连理工大学；安徽大学等 | 华为；国仪量子(CIQTEK) ；本源量子；问天量子；国盾量子；启科量子；腾讯量子实验室；中兴通讯；昆峰量子；量旋科技；神州量子；玻色量子公司（Bose Quantum）等。 |
资料来源：CNAS。2024年5月。
三、技术布局比较：美国总体领先，中国在超导路线有所建树
从技术路线的选择来看，中美两国在量子计算的主流物理实现路径方面均有布局，包括超导量子计算、离子阱量子计算、光量子计算、中性原子量子计算等。新美国安全中心（CNAS）2024年5月发布的报告指出，根据多项技术指标包括物理量子比特数量、相干时间、错误率等，美国除在超导传输量子比特方面与中国大致持平外，在其他物理实现路径均处于领先地位。美国已经开发出不同路径的高性能量子计算机原型，并在积极探索广泛的应用，从科学发现和材料研究到物流和先进电子学。中国的技术进步主要集中于超导量子计算和光量子计算路径。应用方面，中国研究人员特别专注于开发破解加密的技术。
此外，在算法开发和模块构建方面，美国也领先于中国。美国研究人员已开发了两种最著名的量子算法——用于分解大数的肖尔算法（Shor）和用于更快解密加密信息的格罗弗算法(Grover)。美国公司和来自盟国的公司，如英国的Quantinuum和澳大利亚的Q-CTRL，在将量子算法应用于现实世界问题方面处于领先地位。中国的努力虽然在增长，但尚未达到前述国家的深度和广度，在开发可以利用量子硬件全部潜力的量子软件方面相对落后。
综上所述，中美两国都非常重视量子信息科学的发展。在资助体制方面，美国凭借民间盛行的“投资文化”，为量子企业的发展提供了多元化资金来源；中国则秉承“集中力量办大事”的特点，在政府强有力的推动下，促进了我国量子科学的长足进步。两种资助体系各有利弊。不过目前，中国在量子计算领域总体上仍落后于美国，在量子计算的算法和多条硬件技术路线上亟需追赶。
【参考文献】
[1] 新美国安全中心（CNAS）.The Quest for Qubits-Assessing U.S.-China Cometition in Quantum Computing[R]. 2024年8月.
[2] 信息技术与创新基金会（ITIF）. How Innovative Is China in Quantum?[R]. 2024年9月.
