世界進(jìn)入2025年，也步入了聯(lián)合國大會去年6月宣布的“世界量子科技年”。自馬克斯·普朗克(Max Planck)在124年前提出“量子”概念以來，量子科技一度只是科幻小說中的酷炫概念，但在2024年中，量子技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用取得了一系列超乎預(yù)期的發(fā)展。
被譽(yù)為“顛覆性技術(shù)創(chuàng)新”的量子科技不僅關(guān)乎全球經(jīng)濟(jì)、科技和安全格局，更是決定未來國際影響力格局的重要因素。中美兩國在這一領(lǐng)域的競爭尤為激烈，被部分觀察人士稱為新時代的“量子競賽”。VOA近期為大家梳理了中美“量子競賽”的態(tài)勢。
中美對量子科技的重視
2025年1月2日，美國財政部的一項有關(guān)量子科技的新規(guī)則將要生效，即禁止美國個人和公司在中國投資開發(fā)一系列包括量子技術(shù)在內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)。這是財政部在2024年10月28日最終敲定的。
美國在2018年通過了《國家量子倡議法案》，加速美國量子技術(shù)發(fā)展。2024年12月，美國參議院修訂并發(fā)布了《國家量子倡議重新授權(quán)法案》，加大對美國量子技術(shù)發(fā)展的支持力度。2023年5月，美國拜登政府發(fā)布了“針對重要技術(shù)和新興技術(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略”，將量子技術(shù)定位為戰(zhàn)略領(lǐng)域。
量子技術(shù)同樣得到中國政府的重視。中國政府通過“十四五規(guī)劃”等政策文件，將量子技術(shù)列為國家優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域之一。早在2020年10月，中共中央政治局就曾以“量子科技研究和應(yīng)用前景”為主題舉行了一次集體學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)要“要充分認(rèn)識推動量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢，下好先手棋。”
中國政府在2021年把量子技術(shù)列入其“十四五”規(guī)劃中的7大“科技前沿領(lǐng)域攻關(guān)”領(lǐng)域。
根據(jù)麥肯錫公司2022年的一份報告，中國對量子技術(shù)的公共資金投入遙遙領(lǐng)先全球，高達(dá)153億美元--這是美國政府投資的8倍(19億)，是歐盟各成員國投資總額的兩倍(72億美元)。
12月7日，中電信量子集團(tuán)發(fā)布了超導(dǎo)量子計算機(jī)“天衍504”，搭載中國科大國盾量子生產(chǎn)的擁有504個量子比特的“驍鴻”芯片，成為中國單臺比特數(shù)最多的量子計算機(jī)。它將被接入“天衍”量子計算云平臺并對外服務(wù)，“將實(shí)現(xiàn)算力規(guī)模和算力類型雙重升級。”新華社報道說。
“美國和中國都將量子技術(shù)提升為全球技術(shù)競爭的一個競技場，類似于對核能和人工智能的爭奪。”德國智庫墨卡托中國研究所在一份報告中寫道，“率先開發(fā)出量子計算技術(shù)的一方將在密碼學(xué)、通信、傳感、信息處理等軍事領(lǐng)域擁有顯著優(yōu)勢。”
量子技術(shù)主要集中于三大領(lǐng)域
- 量子計算：利用量子比特進(jìn)行復(fù)雜計算，比如可以用于模擬分子行為以加速新藥開發(fā)以及解決人工智能中的復(fù)雜問題。
- 量子通信：通過量子密鑰分發(fā)（QKD）實(shí)現(xiàn)高度安全的通信，無懼竊聽威脅。
- 量子傳感：極高精度的測量技術(shù)，用于工業(yè)監(jiān)測、醫(yī)療成像和軍事偵察等。
量子技術(shù)為何重要？
量子技術(shù)被視為未來科技競爭的核心，實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”的國家將在計算能力、信息安全、態(tài)勢感知與軍事國防等方面取得壓倒性優(yōu)勢。
巨大經(jīng)濟(jì)潛力：量子技術(shù)有望解決許多當(dāng)前無法解決的復(fù)雜問題，例如高精度工業(yè)監(jiān)測、物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、藥物研發(fā)加速等。據(jù)麥肯錫預(yù)測，到2035年，量子技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)藥、金融、生化等領(lǐng)域的市場價值將超過7000億美元。
國家安全需求：量子通信的不可竊聽特性為政府、軍事和金融機(jī)構(gòu)提供了前所未有的通信保障。同時，量子計算機(jī)可能在未來破解現(xiàn)有加密算法，迫使全球開發(fā)抗量子加密技術(shù)，以應(yīng)對可能的“Q-Day”——即量子計算破解傳統(tǒng)加密的時刻。
軍事領(lǐng)域顛覆性影響：量子雷達(dá)能夠探測隱形戰(zhàn)機(jī)等目標(biāo)；量子導(dǎo)航無需衛(wèi)星即可提供精準(zhǔn)定位，增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)可靠性，這在潛艇、水下無人機(jī)和其他復(fù)雜環(huán)境下尤為關(guān)鍵。
中美量子技術(shù)的競爭現(xiàn)狀
包括華盛頓智庫信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(ITIF)在內(nèi)的諸多西方智庫一致表示：
- 在量子通信領(lǐng)域，中國領(lǐng)先全球；
- 在量子計算方面，中國落后于美國；
- 在量子傳感方面，中美旗鼓相當(dāng)。
在市場化的量子技術(shù)上，中國表現(xiàn)出色；但在高影響力的量子技術(shù)方面，美國仍占據(jù)主導(dǎo)地位。
ITIF這份報告援引一位專家的話稱，中美在量子技術(shù)領(lǐng)域各自優(yōu)勢的差異反映了兩國以截然不同的國家策略來應(yīng)對量子技術(shù)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。美國專注于量子計算的長期潛力，盡管這類技術(shù)尚不成熟，但應(yīng)用前景廣闊，可覆蓋多個行業(yè)。而中國側(cè)重于量子通信的即時性和安全性應(yīng)用，這是一種更加成熟但市場范圍較為狹窄的技術(shù)。
《南華早報》在2017年就報道稱，中國已在安徽省會合肥開始建造“世界最大量子實(shí)驗室”。當(dāng)時有西方媒體將之比做誕生世界上第一顆原子彈和氫彈的美國洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)國家實(shí)驗室。
安徽省在2017年啟動了首期規(guī)模100億元的量子科學(xué)發(fā)展基金。2017年7月11日，中國的量子創(chuàng)新院在這里正式揭牌，被稱為中國“量子之父”的潘建偉擔(dān)任院長。他牽頭研發(fā)“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗衛(wèi)星和量子保密通信“京滬干線”。
被稱為中國第一個量子計算獨(dú)角獸企業(yè)的本源量子也在這里。2024年1月，該公司研制的中國第三代自主超導(dǎo)量子計算機(jī)“本源悟空”上線運(yùn)行，該機(jī)搭載的“悟空芯”共有198個量子比特。
“造出中國人自己的量子計算機(jī)，”《人民日報》海外版對此進(jìn)行大篇幅報道。本源量子的聯(lián)合創(chuàng)始人和首席科學(xué)家郭國平對該報稱：“絕不能在關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域受制于人，一定要有中國自主可控的量子計算機(jī)。”
而世界各國軍方也正對量子技術(shù)表現(xiàn)出濃厚興趣。“這也是中國嚴(yán)格保護(hù)其量子產(chǎn)業(yè)的原因之一。”《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》寫道。
關(guān)于其組件供應(yīng)鏈的運(yùn)作方式知之甚少，中國政府還對某些相關(guān)技術(shù)的出口施加了限制。同樣，美國也對其量子技術(shù)采取了保護(hù)措施。今年10月，美國財政部對中國量子產(chǎn)業(yè)的美國投資實(shí)施了嚴(yán)格限制。
在量子傳感方面：中美勢均力敵
量子傳感主要研究微弱信號的精確檢測，例如磁場和引力變化。這一領(lǐng)域的潛在應(yīng)用廣泛，包括工業(yè)監(jiān)測、醫(yī)學(xué)成像、地質(zhì)勘探、量子雷達(dá)和導(dǎo)航定位等。多家西方智庫得出的結(jié)論是，中美在量子傳感方面技術(shù)實(shí)力接近，競爭態(tài)勢呈現(xiàn)膠著狀態(tài)。“這一領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位對短期應(yīng)用至關(guān)重要。”ITIF指出。量子傳感技術(shù)中的其中一些技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了高度成熟的水平，正在逐步進(jìn)入各種工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，提供了傳統(tǒng)傳感器無法匹敵的更高靈敏度和新能力。
在醫(yī)療保健方面，這些技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)更精確的心臟監(jiān)測和先進(jìn)的腦機(jī)接口。麻省理工學(xué)院（MIT）和哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊利用量子傳感技術(shù)改進(jìn)了MRI成像精度，可用于早期癌癥檢測。
在軍事應(yīng)用方面，中國軍事研究機(jī)構(gòu)聲稱已開發(fā)出可以探測海底潛艇和其他隱藏威脅的量子傳感器。中國官方也稱其量子雷達(dá)技術(shù)顯著提高探測隱形飛機(jī)的能力。美國軍方也正在開發(fā)高精度的量子重力傳感器，用于探測核潛艇和隧道等地下結(jié)構(gòu)。美國海軍研究實(shí)驗室正在探索量子羅盤技術(shù)，以便在沒有GPS信號的情況下，提供高度精確的導(dǎo)航能力。中國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)也正在利用量子傳感技術(shù)以提高定位和導(dǎo)航精度。
此外，中國地震局已開始試驗基于量子傳感的地震監(jiān)測設(shè)備。美國正開發(fā)用于油氣勘探的量子傳感器，更高效地探測地下資源，降低開采成本，等等。
中美創(chuàng)新模式對比
在發(fā)展量子技術(shù)方面，中國的國家主導(dǎo)模式和美國的市場驅(qū)動模式迥然不同。
美國依靠大型科技公司、風(fēng)險投資、初創(chuàng)公司和大學(xué)研究驅(qū)動，私營企業(yè)在研發(fā)中占主導(dǎo)地位，政府支持則相對有限。美國量子技術(shù)初創(chuàng)公司獲得的私募資金總額為中國的10倍以上。這種模式鼓勵競爭和多樣化發(fā)展，但也存在資金分散和協(xié)調(diào)不足的問題。
中國更多依賴國家主導(dǎo)。大部分研究由國有大學(xué)和國家實(shí)驗室進(jìn)行，企業(yè)與政策制定者之間的聯(lián)系緊密。國家自然科學(xué)基金會資助了近半數(shù)的量子領(lǐng)域論文，量子初創(chuàng)公司如本源量子也受到政府的直接或間接支持。這種自上而下的模式在資源整合和供應(yīng)鏈構(gòu)建上具有優(yōu)勢，但也可能因為缺乏競爭而限制創(chuàng)新。
