我国量子信息技术发展存在的问题与对策研究

李刚

【摘要】    量子信息技术是量子力学与信息科学融合的新兴交叉学科， 它的诞生标志着人类社会将从经典技术迈进到量子技术的新时代， 量子信息技术突破了经典技术的物理极限， 也开拓了信息技术发展的新方向.本文阐述了各国量子信息技术的发展现状，分析我国量子信息技术发展存在的问题并提出了对策建议。

【关键词】    量子信息    量子计算    发展建议

引言：

20 世纪80 年代， 科学家们将量子力学投射到信息领域， 量子信息技术应运而生。量子信息技术成为信息技术与量子物理相结合的战略性前沿科技，是用量子态来进行编码，后经过传输和处理，最后存储的一类前沿理论技术总称。量子的多维度、不可分割以及不可复制的特点使得它突破了现有信息技术在物理和运算速度上的极限，并且在实现通信安全、加密/解密、金融计算等方面具有广阔的应用前景和发展潜力。量子信息技术正成为现在以及未来科技创新的聚焦点，一旦量子技术得到广泛的实践应用，人类社会正在步入“量子信息技术”时代。

一、世界主要国家在量子信息技术方面的发展概览

近年来，量子信息技术背后所蕴藏的的巨大潜力逐渐突显，它在其所属的细分领域也有了重大进展，主要国家在该领域的竞争也慢慢走向白热化，部分国家还将量子信息技术提升到了国家战略的高度，并制定了量子信息技术发展“战略规划”。

各国以及科技引领企业都在加大力度研究量子信息技术以及应用架构，竞争态势愈发明显。

1.1美国量子信息技术概览

近几年来，美国每年投入2亿美元来支持量子信息各领域的发展，还颁布了《量子信息科学国家战略概述》，目标是继续保持并且继续扩大本国在量子信息技术领域的影响力，2019年9月，谷歌宣布完成“量子霸权”，2.5分钟内完成的计算量相当于超级计算机1000年的计算量，这是量子计算领域的一个重要的里程碑。

美国白宫总统科学技术顾问委员会专门成立了涉及量子信息科学的跨机构工作小组，专门进行量子信息科学基础研究、涉及基础设施、专业技术人才和知识产权一系列问题，并且将量子信息技术产业化。同时，美国还将量子计算列入出口管制框架。

1.2欧洲量子信息技术概览

欧洲联盟运行“量子旗舰”项目，涉及规模10亿欧元，重点支持量子信息技术在计算，模拟，通信和传感等领域的中长期发展，以期实现原子量子时钟、城际量子网络、量子模拟器、量子传感器、通用量子计算机等重大技术的突破与应用。

《量子科学：混合战中的颠覆性创新》文章也深度剖析了量子技术在未来的混合战中可能发挥的重要作用。英国宣布创立量子技术枢纽网络来推动新的、具有商业可行性的量子技术，该网络价值1.2亿英镑，包括17所大学、132家公司，同时英国还发布《量子时代：技术机遇》报告，进一步确定将推动原子钟、量子成像、量子传感和测量、量子计算和模拟以及量子通信领域的研发与商业化。

1.3其他国家

2017年日本推出的量子神经网络装置（QNN）实现了长时间且稳定工作，日本还对外推出了首款国产QNN原型机，日本电器公司计划在2023年之前投入数十亿日元研发实体机。

2019年1月，德国尤利希研究中心将3600万欧元投资用在有关量子计算和神经形态的研究上;2月，韩国宣布在量子计算研究上投资445亿韩元;同月澳大利亚研究委员会的量子计算和通信技术卓越中心将3370万澳元的资助投入到量子计算机的开发上。

同年4月，滑铁卢量子谷创意实验室获得了加拿大政府提供的4100万加元的拨款[1]。

二、中国在量子信息技术方面的发展状况

2.1中国量子信息技术发展基本情况

中国在量子信息技术研究领域属于较早进入的国家，多年来在各个方面都有进展，尤其量子通信和量子调控方面。目前中国在量子密钥分发的实用化部分已位居世界前列，论文产出上跻身第一，研发投入额与专利申请量方面也位居第二。

2015 年10 月，量子加密通信产品的发布标志着全球互联网迈入了量子时代;2016年，国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项设立，量子信息科学国家实验室也开始筹建。

同年8月，世界首颗“量子科学实验卫星”的顺利发射第一次实现了卫星与地面之间的量子通信，搭建了“天地一体化”的量子保密通信及科学实驗框架。

2016 年底，量子保密通信京沪干线初步全线贯通，该线总长约2000公里、连接北京上海等多个城市，是世界第一条量子通信保密干线。所有的突破与成果都意味着量子技术时代的到来。

2.2我国量子信息技术发展存在的问题

1.期望膨胀期依然是现阶段的主要特点

虽然在量子信息技术的个别领域已有很大突破，但相关技术和应用场景还不能落地，距离商用化阶段还有很长的一段路[2]。尽管中国量子信息技术专利的申请数仅次于美国，专利授权量也在不断的增加，但是授权率较以往总体持平。在未来，要想发掘国家在科技竞争、产业创新和国防经济建设方面的潜力，必须依靠量子技术，只有加速布局该技术，我们才有可能实现弯道超车。

2.资源投入不足

一般说来，我们需要花费大量的成本来进行量子信息技术研究探索，但是根据我国以往的调查显示长期存在研发经费投入不够，研发力度不强，稳定性较差现象。虽然政府对量子信息技术的重视程度越来越高，但是量子信息技术多学科交叉性、快速发展性对该技术的研究提出了更高的要求，尤其需要多首席科学家团队，跨学科团队以及经费上的长期资助，然而目前大部分的资助经费都无法进行最优的资源匹配。

此外，致力于量子信息技术研究的学者大多分布在物理，数学，计算机或者工程等不同的院系，人员的分散性使得有限的资源难以实现集中，进而阻碍了量子信息技术的快速发展。

3.相关制度以及配套机制还不够完善

因为量子信息技术属于新兴产业，并且是一门新兴的交叉学科，所涉及的学科知识较广，领域和技术背景差异大，这就使得研究人员并不能把它当做一门独立的学科进行探索，也很难做到兼顾多个领域的体系化和持续性。当下，研究机构和行业企业之间合作交流十分有限，根本原因在于没有建立沟通合作的平台以及相应机制。在产-学-研合作项目中，对相关的配套设施及環境的重视不足，不能产业化研究成果。

此外，技术成果的转化应用机制尚不成熟，科研项目主要集中在学术研究领域，常常采用发表论文考评和原理样机验证等方式进行考核验收，来自于政府和企业的实践研究相对较少，科研项目在资金投入上与实践上的工程化应用上没有形成有效的链接，不易生成科技产品，也缺少有效制度机制提供支持。

三、解决量子信息技术发展问题的对策建议

1.从国家层面来说，应明确发展方向、部署发展路线，制定国家战略作为风向标来从宏观上指导协调各方的行动，为科研成果转化建立体制机制保障[3]。从宏观层面大力支持量子信息技术发展，出台相应的激励政策，加快推进量子信息技术在天气预报、密码分析、能源、金融、交通、人工智能等领域开展应用，以全面完善各领域信息化建设，提升信息安全。

2.进一步强调各方力量团队合作，重点是要加强各地政府与科研机构、各地政府与行业企业，科研机构与行业企业之间的合作攻关，增强三者之间的有效互动转化，强化重点方向的科研布局，共同促进量子信息技术以及相关产业的发展[4]。同时应该为科研机构和行业企业之间交流合作提供平台，重视“引育”优秀人才，在高等教育中提高量子信息所需的跨学科、复合型人才的培养比例，多专业开设量子信息课程，尤其对量子物理和计算科学等学科进行联合，采取多种途径、多种方式培养该方面的人才，优化人才队伍结构，使它变得更为科学合理，为量子信息技术的发展提供广阔的空间[5]。

3.加大投融资机构的投资力度以及国际合作的水平。我国量子信息技术具有良好的研究基础和广阔的应用空间，因此应促进优势资源形成合力，进行关键技术研发并补齐产业基础短板，重点关注拥有关键技术自主知识产权的企业，在量子计算研究领域大力鼓励私营企业和资本进入，调动各方力量来共同攻克我们在量子计算上的各个难关，在量子科技领域加强国际合作，提升国际合作的层次和水平，构建学术交流、创业投资、技术合作和标准制定等方面的联盟优势。还应加快相关标准的研制步伐，密集标准专利布局[6]。同时，在加快量子信息技术基础研究和应用研发的过程中，应重视知识产权系统的布局以及对创新成果的保护和运用，中国市场庞大，预计在未来5年，新的专利将大量涌现，因此应加强对专利权人合法权益的保护，加大对侵犯专利权的赔偿力度。

我们还需要结合本国实际和现有技术基础，出台符合本国国情量子信息技术发展战略，统筹指导量子信息技术，关注基础设施建设，增加投资，多方联动，协同创作，标准化监管机制，攻克量子关键技术，促进量子信息技术的快速发展，加快转化应用进程。未来，量子计算所能辐射的领域会扩展到人工智能（AI）、生物医药、气象海洋、材料能源、金融分析、航空航天等等，这些都表明量子信息技术拥有巨大的市场前景。

参  考  文  献

[1]董立勇，马少维.世界主要国家大力推进量子信息技术发展[J].军事文摘，2020，05

[2]张桂红.基于量子信息领域专利布局及技术发展趋势分析[J].信息技术与信息化，2020，07

[3]唐川，房俊民，王立娜，张娟.量子信息技术发展态势与规划分析[J].世界科技研究与发展，2017，10

[4]关志勇.量子信息技术发展态势与规划分析[J].通信设计与应用，2018，03

[5]陈健，李逸豪.量子信息技术发展扫描[J].军事文摘，2020，05

[6]张倩，李文宇.全球量子信息技术创新发展研究[J].信息通信技术与政策，2020，12