量子科技驱动量子经济的兴起及对我国的启示_王花蕾.pdf

0引言量子力学催生了第一次量子革命，产生了磁共振成像、原子钟、激光、晶体管等技术，目前世界正迎来第二次量子革命，对经济和科技发展将带来颠覆性的影响。2020年，Gartner公司发布的技术成熟度周期曲线预测，量子科技仍面临许多有待解决的科学问题，量子计算技术距离实现产业化仍需10年以上时间。2022年，美国国防部也将量子技术列为新科技战略投资的14个商业应用潜力巨大的关键技术领域之一。虽然量子科技和产业的发展远未成熟，但是，量子安全技术等领域，已开始进入商业应用，开启了产业化进程。美国哈德逊研究所Arthur Herman认为，量子计算是2022年引发爆炸性颠覆效应的技术之一，其影响将持续十年甚至整个世纪（另两项技术为高超音速导弹、加密货币）。世界经济论坛也呼吁各方做好准备，加快向量子经济过渡。这意味着，量子产业虽然是未来产业，但并不是需要等到未来才发展的产业，而是需要当下就做好发展准备，这一趋势非常值得政府和业界关注。1量子经济开始发展，量子治理受到重视量子科技成为未来科技竞争的重要领域，政府和企业均加大了研发投入。根据世界经济论坛2022年初统计，全球各国政府和企业对量子技术投资超过355亿美元，其中公共投资超过300亿美元。随着技术发展加快，量子技术已经从实验室技术向应用方向发展。为此，世界经济论坛鼓励各国政府和企业加快发展量子经济，并建议在以下几个领域加快布局。其一，劳动力可用性和发展。各国既需要考虑当前的量子劳动力状况，又需要考虑未来的劳动力发展需要，包括中等教育、高等教育的课程设置和教材内容等，以及政产学研在人才培养问题上的合作。其二，制定政策和法规，便于各方了解如何开发和应用量子技术。其三，加强技术标准制定，包括量子硬件、工具、软件和算法中的标准。显然，量子经济与量子科技发展密切相关，包括技术开发及其在各领域的应用，以及相关的人才培养、标准制定、安全防护等配套措施。这就要求各国从量子经济的量子科技驱动量子经济的兴起及对我国的启示 文 王花蕾 段 斌摘要：量子科技普遍被认为是具有广阔发展前景的未来产业，相关技术尚未成熟。但自2022年初，以世界经济论坛为代表的知名机构开始提出量子经济概念，鼓励发展量子产业，开展量子治理研究。通过深入分析去年以来的产业和政策实践可以发现，产业界的量子专利技术和应用性技术突破正在迅速增加，部分国家积极支持量子技术应用于具体行业，尤其是量子安全领域已开启商用，美国等国政府也在关键领域开始部署量子安全防护工作。相关态势要求政府和业界及早做好准备，适应量子经济发展的需要。关键词：量子科技；量子经济；量子产业；量子安全10China Internet互联网天地业界前瞻Industry Outlook角度通盘考虑量子技术、产业、人才等部署，制定配套政策，也要求相关机构根据量子经济要求明确各自的发展重点。例如，美国俄亥俄州立大学虽然没有入选量子跃迁计划，但2022年仍宣布建立量子信息科学与工程中心（CQISE）。该中心的定位基本与量子经济要求保持一致，通过招聘物理、化学、计算机科学和工程、电气和计算机工程、材料科学与工程等五个学科领域的研究人员，致力于从事相关领域的量子技术应用研究，还将与其他大学、研究机构、行业组织和企业等合作，扩展量子信息等新兴研究领域。同时，该中心还在量子科学教育方面明确了目标，加强培训研究人员，并建立种子基金以支持跨学科量子研究。针对量子经济发展过程中可能存在的问题，2022年1月，世界经济论坛联合量子专家、新兴技术伦理和法律专家、决策者、社会科学家和学者共同发布了 量子计算治理原则报告，旨在帮助公共和私营部门解决量子计算商业化的伦理、社会和法律问题。报告指出，当前围绕量子计算的社会经济生态系统不再处于起步阶段，而是正在迅速发展，及早制定相关治理原则并让利益相关者参与制定，可以避免对量子计算施加不必要的监管限制。从过去一年的产业和政策实践来看，量子科技应用及其经济生态的确在快速发展。2产业界大量投入量子科技研发，应用性技术加快突破量子计算可加快机器学习算法等的计算效率，可以快速、低成本地训练复杂的模型，能够促进新材料、医学、能源、生物学等科学新发现，改变气候、粮食和能源安全以及健康等领域目前的管理方式，应用前景非常广阔，技术创新不断涌现。2.1 全球大量企业投入量子科技领域，量子专利持续增加IBM、谷歌、英特尔、微软、亚马逊等互联网头部企业均在量子计算领域有所布局。欧洲的诺基亚（Nokia）与源讯（Atos）、日本的富士通与日立公司都是具有代表性的量子计算公司。我国的阿里巴巴、腾讯、百度、华为等互联网和通信企业近年来在量子计算云平台、量子软件及应用开发等领域进行布局。同时，全球量子科技公司不断出现，据世界经济论坛统计，2022年仅从事量子计算硬件开发的企业就有46家公司。部分初创企业，如D-Wave、IonQ、Reget ti Computing经过数年发展，已在业界具备一定知名度。相关企业在量子计算处理系统、量子线路运行、量子态层析、量子程序转化、量子逻辑门操作优化、超导量子处理器及量子测控等领域形成大量技术积累，并积极抢注专利。根据知识 产权服务商IPRdaily公布的全球量子计算专利统计，截至2020年9月30日，全球前100强企业专利数共计3252112023.1互联网天地业界前瞻Industry Outlook件，到2022年10月18日，则增加为6516件，两年时间实现翻番。相关统计未包含量子密钥加密、抗量子计算密码等技术领域，而以实践性、工程性技术为主，说明相关技术正在快速进入应用领域。2.2 在产业界和科研界的共同努力下，量子应用技术出现大量创新突破在量子计算机方面，2022年，IBM在美国克利夫兰医学中心部署了一台由IBM管理的量子计算机，以推进生物医学研究，这是用于医疗领域的第一台量子计算机，也是第一个专为商业用途而设计的集成量子计算系统，说明量子计算机开始从实验室产品进入商业应用。在量子芯片方面，美国国家标准与技术研究院与加拿大量子技术公司Xanadu合作，开发了一种可以执行多算法、可编程、可扩展的光量子计算芯片，仅需36微秒即可完成超级计算机需耗时9000多年才能完成的计算任务，运行速度加快了5000万倍以上。在量子算法方面，谷歌量子人工智能公司、英国布里斯托尔大学和量子算法初创公司Phasecraft开发出首个真正可扩展的量子算法，可对“费米-哈伯德模型”进行大规模模拟，量子门数量比此前多10倍。在量子仿真方面，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校与空军研究实验室的联合研究团队研发出新型半导体模拟工具商用流体动力学软件包和Fermi动力学求解器。该求解器能够有效模拟氮化镓半导体的电气特征和极端条件下的运行状态，有望应用于量子计算。3世界主要国家加快部署，积极推动量子技术产业化发展世界已经进入全面推动量子科技发展的战略竞争时代，主要国家纷纷出台量子计算政策、法案，力争获取量子竞争优势。总体来看，主要国家的量子政策开始由仅支持理论和实验室研究扩展至支持产业应用、孵化初创企业、培育人才等方面。12China Internet互联网天地业界前瞻Industry Outlook3.1 美国量子研究计划开始关注产业应用，强化人才培养以完善产业生态建设美国军用和商用领域均开始关注量子技术应用。2022年，美国国防部成立“战略资本办公室”，支持包括量子科学在内的下一代技术开发，确保具有军事应用前景的重要技术获得市场转化资金，以期建立持久的国家安全优势。美国国家安全局、航空航天局、国家标准与技术研究院、陆军研究实验室、海军研究实验室、海军天文台六个联邦机构宣布成立华盛顿大都会量子网络研究联盟（DC-QNEt），以创建一个实验性的量子网络，用于在量子计算机之间安全地共享信息。另外，众议员兰迪费恩斯特拉（Randy Feenstra）提请修订国家量子计划法案，强调量子建模和模拟等内容，包括支持化学、下一代肥料、药物研发、储能材料、新型金属、新型耐用材料、新型超导体等领域的相关研究。由于该法案主要关注量子技术在具体行业的应用，所以美国国会将这一法案称为量子实践法案。显然，美国量子计划已由关注基础技术研究向产业应用层面扩展。在国家量子计划的基础上，2022年美国国家科学技术委员会推出量子信息科技劳动力发展国家战略计划，以培养下一代量子信息人才，完善量子生态建设。战略要求从短期和长期角度评估量子科技生态系统对人才的需求，弥补量子科技在专业教育和培训方面的差距，通过宣传教育提高民众对于量子科技的兴趣，拓宽不同来源、不同背景人才的就业渠道。3.2 欧盟关注量子创新平台、量子通信技术发展，注重与盟友加强合作欧盟在先后发布欧洲量子科学技术 量子宣言（草案）量子技术旗舰计划 量子通信基础设施计划等文件加强量子计算技术研发的基础上，2022年同样开始关注产业发展。在支持量子企业创新创业方面，北约启动了10亿美元的多国新兴技术创新基金，支持对量子计算等具有双重用途技术的初创企业投资。法国在量子技术国家战略的基础上，再次宣布将投资35亿欧元用于其科技创业环境，并推出量子计算经典计算互联的混合计算平台，以期成为第一个拥有通用量子计算机完整原型的国家。在支持产业应用方面，欧盟通过2023-2027年欧盟安全连接计划（IRIS2），作为继伽利略、哥白尼之后的第三个太空旗舰计划，将投入24亿欧元预算，使用最新的量子通信技术，集成欧洲量子通信基础设施（EuroQCI），建设具有韧性、互联性和安全性的卫星基础设施系统。同时，欧盟强调与盟友国家加强合作。11月，欧盟和韩国启动的欧盟与韩国数字伙伴关系，明确表示将加强量子计算相关合作。12月，美国-欧盟贸易和技术委员会（TTC）第三次部长级会议确认，美欧将加强量子计算技术合作，双方还将成立“人才促进增长工作组”，强化包括量子计算在内的人才培养工作。3.3 日本等国家加强量子研发部署，推动量子应用日本将量子计算视为“国家间争霸的工具”。2020年，日本制定了“量子技术创新战略”，2022年4月，又制定了新战略“量子未来社会愿景（暂名）”草案，提出将在本年度内建成首台可进行超高速计算的量子计算机，并打造四个量子技术研究基地，完善量子计算机使用环境，力争在医疗、新材料研发和金融等多个领域应用。该战略还提出，将在2030年使国内量子技术用户达到1000万人。2月，印度国家软件及服务行业协会发布报告印度的量子技术变革在量子优势上押注重金，也表示印度政府将加大量子技术投入，在量子技术革命中发挥关键作用。4量子安全产品快速产业化，安全防范政策逐步推出量子计算能够破解公钥密码，威胁到商业交易、安全通信132023.1互联网天地业界前瞻Industry Outlook和信息安全。Gartner预测，由于量子计算的进步，到2030年，大多数当前的非对称密码将不再安全。因此，现有系统需尽快迁移到量子安全系统，抵御量子攻击。4.1 量子安全产品或服务逐步开始商用企业积极采取措施为客户提供量子安全产品或服务，有的引入混合安全系统，将量子随机数生成器与基于算法的安全防护技术结合起来，有的使用量子纠缠创建安全网络，不少产品已开始量产、应用。2022年，金融服务巨头万事达卡结合量子密码技术，开发了一种新型非接触式卡，旨在防止黑客攻击。日本凸版印刷株式会社（Toppan）与日本信息通信研究机构（NICT）表示将联合开发使用美国最新抗量子加密标准的IC卡，据称可以防止被量子计算机破解，具有高安全性，并计划在2025年实现商业化。美国企业QuSecure据称创建了业内首个基于软件的端到端量子平台，使用量子安全通道保护加密通信和数据，解决了企业和政府机构面临的经典攻击和未来的量子计算威胁。QuSecure已获得美国联邦政府新一轮的小企业创新研究（SBIR III）合同，成为美国政府的首选供应商。4.2 美国等国政府开始制定量子安全政策为了促进各组织加强量子风险管理，世界经济论坛提出 量子安全过渡框架，建议各组织定义量子安全愿景、识别量子安全转型的驱动因素、规划量子安全技术路线图，还提