热点扫描

    世界主要国家大力推进量子信息技术发展
  • 世界主要国家大力推进量子信息技术发展

    作者:董立勇、马少维

          量子信息技术对当今及未来社会具有十分重要而广泛的影响,是目前最引人瞩目的前沿技术领域之一。量子信息技术的潜力早已引起了世界主要国家的高度重视,各国都在量子信息技术领域加快筹划布局,投入大量资金力量推进发展,形成了各自特点和优势。 


    世界主要国家量子信息技术发展现状

          当今,量子信息技术正以前所未有的速度向前迈进,美、欧、日等国纷纷把目光投向这一领域,加速推进本国量子信息技术发展与运用。

          美国    美国作为世界科技发展领先者,对量子信息技术十分关注,无论是国家政府,还是地方企业,都对量子信息技术紧密跟踪,持续用力向前推进。

          一是政府大力支持、全面布局。美国是最早将量子信息技术列为国防与安全研发计划的国家,早在2002年,美国国防高级研究计划局(DARPA)就制定了《量子信息科学与技术规划》,并于2004年发布2.0版,给出了量子计算发展的主要步骤和时间表。2008年,DARPA斥巨资启动名为“微型曼哈顿计划”的半导体量子芯片研究计划。2016年7月,美国国家科学技术委员会发布《推进量子信息科学:国家的挑战与机遇》报告,认为量子计算未来有望颠覆人工智能等诸多科学领域。2017年5月,美国高级情报研究计划局(IARPA)启动“增强型量子计算机”研发项目,旨在研发可用于加快机器学习算法训练、支持较大电路故障诊断、加快多机器处理多任务优化调度的技术。2017年11月,美国能源部(DOE)科学办公室为橡树岭国家实验室(ORNL)量子信息科学研究组的两个小组拨款1050万美元,用于评估量子结构在解决重大科学问题方面的可行性,并且开发能够利用大功率量子计算的系统算法。2018年6月,美国众议院科学委员会高票通过《国家量子倡议法案》,计划在10年内拨给能源部、国家标准与技术研究院、国家科学基金会12.75亿美元,全力推动量子科学发展。2018年9月24日,美国又发布了《量子信息科学国家战略概述》,旨在维持和扩大美国在量子信息技术领域的领导力,并为美国日后的量子技术发展定下基调。2018年12月21日,美国总统特朗普正式签署《国家量子计划法案》并生效,计划未来10年内向量子研究注入12亿美元资金,由美国能源部、国家标准与技术研究院、国家科学基金会配合联邦政府共同落实量子计划相关项目。

          二是企业大量投资、加紧推进。2018年初,谷歌展示了最新研制的72量子比特的量子处理器狐尾松,并称利用量子纠错对其进行了优化;微软则专注于拓扑量子计算,当科学家宣布发现马约拉纳费米子的存在证据时,微软计划利用这种费米子制备稳定的量子比特;英特尔同时进行超导量子计算和硅量子点研发,在2018年美国拉斯维加斯消费电子展(CES)上发布了具有49量子比特的超导量子测试芯片;IBM在利用量子计算机帮助人类解决金融、物流、医药等行业问题方面,不断发力推进。此外,美国还有一众初创公司在量子信息领域的表现也非常抢眼,其产品涵盖了从基础的真空系统、光学电学器件到成熟产品和解决方案等,其供货单位不仅包括全球的实验室和研究机构,还包括NASA以及美国军方等政府部门,为美国在量子计算、量子传感领域的重要突破提供了支撑。值得一提的是,2019年9月20日,谷歌宣布实现了“量子霸权”,2分30秒内完成了超级计算机1000年的计算量,成为量子计算领域的一项重要里程碑事件。

    总的来说,美国已经在量子信息技术领域完成战略布局,在理论研究方面推进量子信息科学的学科建设,在应用技术层面以研发高性能计算系统为牵引,重点突出量子计算硬件设备发展。目前,这些工作都被美国提升到了国家战略层面,正处在加速推进落实的进程中,并已经取得了若干阶段性成果。

          欧洲    作为量子理论的发源地,欧洲高度重视量子信息技术对国家安全、经济、社会发展等方面的影响,投入众多资源大力发展相关技术。

          一是欧盟高度重视,斥巨资下力推动。早在2005年,欧盟就发布《欧洲研究与发展框架计划》,并提出专门用于发展量子信息技术的《欧洲量子科学技术》计划和《欧洲量子信息处理与通信》计划,成为继欧洲核子中心、航天技术后的又一次大规模国际合作。2008年9月,欧盟又发布了关于量子密码的商业白皮书,启动量子通信技术标准化研究,联合了来自12个欧盟国家的41个小组成立了SECOQC工程。2016年3月,欧盟委员会发布《量子宣言(草案)》。4月,欧盟委员会正式宣布启动总额10亿欧元的量子技术项目,投资“量子旗舰”计划,旨在培育形成具有国际竞争力的量子工业,确保欧洲在未来全球产业蓝图中的领导地位。欧盟还表示,此前已经对量子技术提供了长达20年的大力支持与培植,总投资额度已达5.5亿欧元。

          二是欧洲国家纷纷关注、竞相推动。英国是量子信息技术研究的全球领先国家,英国政府将量子技术提升至影响未来国家创新力和国际竞争力的重要战略地位。早在《2013年秋季声明》中,英国政府即宣布在此后5年内投资2.7亿英镑设立英国国家量子技术计划,同时成立量子技术战略顾问委员会。2014年12月,英国又宣布创立价值1.2亿英镑、由4个量子技术枢纽组成的网络——包括17所大学和132家公司,以推动具有商业可行性的新量子技术。2015年,英国政府正式发布《量子技术国家战略》和《英国量子技术路线图》,这两项重大部署将引导英国未来20年在量子信息技术研发方面的工作与投资。2016年12月,英国政府科学办公室发布了《量子技术:时代机会》报告,提出建立一个政府、产业、学界之间的量子技术共同体,实质性地提高英国量子技术产业价值。2018年11月9日,英国政府又发表声明说,将拨款支持4个研发项目,以便基于最新的量子技术开发出适用于通信、测绘等领域的设备原型。据介绍,这4个项目将获得总计2000万英镑的资金支持。此外,在英国政府的大力支持下,多个高校和公司成立量子技术中心,集中力量推动量子信息技术创新发展。

          自欧盟“量子旗舰”计划相关项目启动以来,德国、匈牙利、奥地利等国也已经推出本国的量子信息技术计划。德国的QUATGA量子计划正处于试行状态,10年内其总值可能达到3亿欧元左右。2018年11月,德国政府通过第一个系统推进量子技术研究的框架计划《量子技术:从基础到市场》,计划在本届政府任期内投入6.5亿欧元,重点研究量子卫星、量子计算和用于高性能高安全数据网络的测量技术等领域,为量子信息技术发展打下牢固基础。

          其他国家    日本作为现代科技发展的重要国家,对量子信息技术也十分关注,无论是政府部门还是私营企业,都在量子信息技术发展方面超前布局、大力发展。首先日本政府大力支持鼓励。日本邮政省自2000年开始便开发量子通信技术,并将该技术作为国家级高技术研究开发计划之一,10年内投资约400亿日元,采取产学官联合攻关的方式向前推进。2016年4月21日,日本内阁府下属综合科学技术创新会议决定在2018年启动官民研究开发投资扩大计划(PRISM),并将包括光量子技术在内的创新型物理空间基础技术定为官民的研究开发投资目标领域之一。2016年10月,日本政府科学技术厅联合日本国立情报研究所、日本电报电话公司,宣布要发展量子神经网络等量子计算解决方案。2017年11月20日,在日本内阁府“量子人工脑”项目的支持推动下,由日本相关科研机构与院所联合宣布推出量子神经网络(QNN)装置,并实现了长时间稳定工作,研究人员还成功开发出一种能够在云端上体验新型计算机QNN的云系统,并于2017年11月27日对外推出日本首款国产QNN原型机。日本电气公司(NEC)持续投入进行研发相当于“大脑”的基本回路,计划在2023年之前投入数十亿日元研发实体机。日本富士通公司计划在3年时间里对相关技术投入500亿日元(约合4.5亿美元),推动量子信息技术研究。

          2019年1月21日,德国尤利希研究中心获得3600万欧元(约2.81亿人民币)投资,用于量子计算和神经形态研究;2月2日,韩国宣布投资445亿韩元(约2.7亿人民币)用于量子计算研究;2月23日澳大利亚研究委员会的量子计算和通信技术卓越中心获得3370万澳元(约1.6亿人民币)资助,用于开发量子计算机。

          2019年4月20日,加拿大政府提供4100万加元(约2.2亿人民币)给滑铁卢量子谷创意实验室;3月29日,加拿大D-Wave科技公司的量子平台进行大升级,并宣布已将其Leap量子云服务扩展到欧洲和日本等33个国家;5月16日该公司又开发了其D-Wave2000Q处理器的低噪声版本,可通过其Leap量子云服务在线使用。 


    世界主要国家量子信息技术发展方向

          美国    根据美国总统特朗普签署的《国家量子计划法案》,在2019到2023财年,将授权美国国家标准与技术研究院、美国国家科学基金会和美国能源部获得12.75亿美元预算,用于开展量子信息科技研究。其中,美国国家标准与技术研究院负责制定量子技术发展所需标准,美国国家科学基金会支持人力资源建设,美国能源部将成立5个量子信息科研中心,加速科技成果突破。

          除了国家层面的量子计划外,大型科技巨头也已开始在量子计算领域发展布局。据摩根士丹利报告显示,未来10年量子计算机将改变许多产业,预估高端的量子计算市场到2025年将达到百亿美元规模,如微软、IBM、Google等公司近年来大量投资研发相关技术,希望未来能够达成“量子霸权”目标。

          欧洲    欧洲希望通过“量子旗舰”计划的实施,继续推进量子信息技术的研发与运用,主要举措包括:一是为量子科技有关科学活动的增长提供支撑;二是为量子技术发展打造良好的技术创新与商业创新的生态系统;三是推动学术界和产业界的协同合作,实现量子技术从实验室到产业的高效转移;四是聚焦科学工程商业及交叉领域,培养新一代量子技术专家与专业人才;五是协调整个欧洲在量子技术上的公共投入和公共政策;六是促进目前没有强大量子技术研究计划的成员国加入。但欧盟“量子旗舰”计划还面临一个现实难题即英国脱欧,这对该计划的实施会产生重大影响。

           英国是世界上量子信息技术研究的主要投资国之一,随后的投资将进一步促进这一新兴行业的增长。在2015年英国政府发布的《量子技术国家战略》和《英国量子技术路线图》中,高度强调未来量子技术的重要性,确定了英国未来发展量子信息技术的5项重点工作:一是打造坚实的量子信息技术基础;二是推动量子信息技术的转化应用;三是培养专业的量子信息技术人才;四是创造良好的社会和监管环境;五是鼓励和支持国际合作。

          其他国家    日本在量子计算领域已由之前的“韬光养晦”开始走向“锋芒毕露”的策略,研究方向也非常明确,将在当下的退火之路上集中发力、争取突破。在实现量子计算的道路上,日本的产、官、学三方各司其职、相互促进。同时,日本政府提出以新一代量子通信技术为研究对象的长期战略,计划在2020年—2030年建成绝对安全保密的高速量子通信网,从而实现通信技术应用上质的飞跃。此外,日本国家信息通信技术研究院计划在2020年实现量子中继,到2040年建成极限容量无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。

          2019年1月7日,印度宣布投入5.25亿美元(约36亿人民币),将建立20个物理网络中心,用于研究人工智能、机器学习、物联网和量子计算;12月3日,以色列计划6年投资12亿谢克尔(约24.3亿人民币)用于量子计算研究。此外,在2017年超级计算大会上,加拿大的D-wave公司与日本丰田通商签署了一项协议,将共同推进量子计算合作,主要是运用量子计算技术开展高速优化项目,不断拓展量子计算技术的应用领域。


    结语

          当前,美、欧、日等国家在量子信息技术发展方面取得了一些成功经验和有益做法。对此,世界其他国家应积极汲取,结合自身实际情况,采取综合措施,全面推动本国量子信息技术发展与运用效率水平提升。例如,结合本国已有的技术与应用基础,制定本国量子信息技术发展路线图,研究梳理急需攻克的量子信息关键技术,研判量子信息技术各细分方向的商用化时间,对量子信息技术发展进行统筹指导,同时注重量子信息基础设施建设,加大实验资源与条件投资,并加强多方联动、协同合作,创建有效的监管标准机制,共同推进量子信息技术的快速发展与转化应用进程。


    (文章转自《军事文摘》)
  • 发布日期: 2020-05-03  浏览: 31