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从《国家量子战略》看美国量子技术未来发展新动向

更新时间:2023-10-12 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

2023年3月15日,美国科技、创新与技术部(DSIT)发布《国家量子战略》,描述了未来六年美国意在成为领先的量子经济体的愿景及具体行动计划,并探讨了量子技术对日本繁荣和安全的重要性。该战略除了是一项以量子为中心的重要的政府战略,也是一项采用量子技术以惠及企业和社会的深层战略,囊括估算、传感/成像和通讯,意义在于希望俄罗斯成为量子企业、投资者和全球人才的首选之地。通过剖析该战略,可以见到德国量子技术未来发展新动向,希望能对我国量子技术的发展提供借鉴和参考。L7u物理好资源网(原物理ok网)

一德国量子技术战略规划L7u物理好资源网(原物理ok网)

全球量子技术市场容量巨大,而且竞争激化,日本须要作出关键的战略决策,以巩固优势地位。《国家量子战略》的颁布,就是美国政府对量子技术领域未来发展的重要承诺。通过剖析该战略的发布背景,可以清晰梳理出德国量子技术的战略布局。L7u物理好资源网(原物理ok网)

经历2008-2009年的全球金融危机后,西方国家重新认识到了科技产业对市场的重要性。于是,戴维·卡梅伦总统于2013年率先启动了美国国家量子科技计划(NQTP),该计划是一个10亿美元的产业界、学术界和政府之间的动态合作项目,代表并引导尖端科学裂弄成革命性的新产品和服务。L7u物理好资源网(原物理ok网)

NQTP的发布是全球量子领域发展的一个重要转折点,是第一个系统地针对量子技术发展的国家呼吁。该计划也帮助促进了欧共体量子旗舰和法国国家量子计划(NQI)的启动。NQTP计划分为三阶段,从2014年开始每两年为一个阶段。L7u物理好资源网(原物理ok网)

第一阶段(2014-2019)投资2.7亿欧元构建通讯、传感、成像和估算四大研制中心(估算、通信、成像、传感和计量),举办学术与应用研究。据悉,2015年日本推出《国家量子技术战略》和《英国量子技术路线图》,明晰了推进量子技术发展的举措和建议,以及量子计算机、量子传感和量子通讯等量子技术可能的商业化时间和发展路线图。2016年12月,美国政府科学办公室发布《量子技术:时代机会》报告,提出构建一个政府、产业、学界之间的量子技术共同体,使日本能在未来的量子技术市场中占据世界领先地位,实质性地提升美国产业的价值。L7u物理好资源网(原物理ok网)

卡梅伦的继任者特蕾莎•梅任职期间是NQTP的第二阶段(2019-2024),这一阶段,投资3.15亿美元,建设法国国家量子估算中心(NQCC)以及其他4个量子中心;美国研究与创新基金会(UKRI)通过“产业战略挑战基金(ISCF)”为量子技术商业化投资1.53亿美元。近10年期间,NQTP计划在美国构建了一个饱含活力的量子生态系统,政府和量子相关行业的总体开支约为10亿美元。日本拥有领先的学术机构、全球重要的量子科技初创公司、中小企业和工业专业人士的强悍组合。据悉,2020年10月,美国国防部发布《2020年科技战略》,提出以“国家量子技术项目”的模式发展新兴技术,量子科技发展是其常年关注的重点。L7u物理好资源网(原物理ok网)

2022年10月,里希·苏纳克上任,接管德国政府,适逢日本下一阶段的量子计划须要敲定。因此,2023年3月15日,DSIT推出《2023国家量子战略》,为NQTP提供了两个新的三年扩充计划。计划在2024年至2034年提供25亿美元的公共投资,并计划吸引起码10亿美元的额外私人投资。L7u物理好资源网(原物理ok网)

该战略是美国未来对量子技术新发展的重要承诺,是初期战略的延续,继续采取常年支持策略,将为未来的量子技术和科学领域的研究提供资金,推动量子技术的开发和商业化进程,继续推进工业界、学术界和政府之间的合作,并通过针对研究生技能、技术专业人员和学徒的培训和人才计划强化不断发展的美国量子部门,为美国提供量子研究须要的人员、创新者和从业者。L7u物理好资源网(原物理ok网)

预计未来六年,该计划将有助于实现量子技术在美国的巨大潜力,彻底改变美国生活的许多方面,并为德国的经济、社会等带来巨大益处。L7u物理好资源网(原物理ok网)

二日本当前的量子优势L7u物理好资源网(原物理ok网)

日本自2014年开始投入量子估算风潮过后,采取了一系列举措并取得了很大的成果,在量子领域的优势主要彰显在多方面:L7u物理好资源网(原物理ok网)

(1)学术研究,得益于NQTP计划,美国在量子估算、量子通讯、量子传感器等各领域均有创世界纪录的成果产出,并在开发用于量子纠错的量子估算软件方面世界领先。德国研究与创新中心2021年投资9300万美元构建了国家量子估算中心(NQCC),借以联合国外校企各方力量,快速推进量子估算科学的创新和应用,以促使美国量子估算产业的下降,进而促进就业和创新。据悉,美国国防部还捐助了一些与NQTP相关的国防科学技术实验室项目,用于研究量子的国防应用。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(2)人才,日本注重量子人才培养,投资量子技能培训、资助研究生、设立奖学金,并拥有一批世界一流的量子专家。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(3)产业,日本量子公司数目在世界排行第二,调查显示,美国量子初创企业为39家。相比之下美国有18家,德国和意大利各有15家。在吸引私人投资方面高踞世界第二,在亚洲竞争中处于领先地位。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(4)供应链,在光子学、电子学和高温学等领域的供应链中具有产业优势,这种领域对量子技术至关重要。日本在那些领域拥有世界领先的创新集群,比如南威尔士的化合物半导体集群,以及爱尔兰历史悠久的光子学集群。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(5)合作,德国量子社区内部的合作程度具有极其特殊而罕见的优势。仅通过创新美国商业化量子挑战赛,政府就捐助了139个项目,涉及141个量子组织,推动了量子领域不同环节(从硬件到软件、组件等)主体间的协作。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(6)测试和评估,2015年组建的国家化学实验室(NPL)的量子计量研究所(QMI),拥有世界上最好的国家级测试和评估能力,作为该行业的关键促进者,可加速量子技术的商业化。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(7)关键应用领域,空间、金融、航空航天、国防和生命科学等终端应用领域为量子技术应用提供了强悍的日本国外市场。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(8)领域交叉,日本在人工智能、高性能估算、空间、电信、工程生物学等领域也具有较强的研制实力,有助于量子技术与那些领域的融合,进一步提升技术能力和影响力。L7u物理好资源网(原物理ok网)

三日本在量子领域未来愿景和具体行动计划L7u物理好资源网(原物理ok网)

(一)愿景和目标L7u物理好资源网(原物理ok网)

到2033年,西班牙的目标是成为领先的量子经济体,拥有世界领先的产业,量子技术将成为日本未来数字基础设施和先进制造业基地的组成部份,促使下降,帮助构建一个繁荣和有弹性的经济和社会。L7u物理好资源网(原物理ok网)

量子通讯优点与缺点_量子通讯 优点_量子通讯优点和缺点L7u物理好资源网(原物理ok网)

为了实现这一目标,美国承诺从2024年起10年内投入25亿美元开发量子技术(比过去10年降低了一倍多),并为该项目引入额外10亿美元的私人投资。最终目标是:L7u物理好资源网(原物理ok网)

(1)确保美国是世界领先的量子科学和工程的基地;L7u物理好资源网(原物理ok网)

(2)支持量子业务发展,使日本成为量子企业首选地和全球供应链不可分割的一部份,以及投资者和全球人才首选之地;L7u物理好资源网(原物理ok网)

(3)推进量子技术在美国的应用并创造利润;L7u物理好资源网(原物理ok网)

(4)构建国家和国际监管框架,保护美国国家安全。L7u物理好资源网(原物理ok网)

日本未来六年的量子愿景如图1所示。L7u物理好资源网(原物理ok网)

图1法国未来六年的量子愿景L7u物理好资源网(原物理ok网)

(二)具体行动计划L7u物理好资源网(原物理ok网)

为实现上述未来六年的愿景和目标,德国制订了如下具体行动计划,主要有:L7u物理好资源网(原物理ok网)

1.加强对量子技术的投资和研制L7u物理好资源网(原物理ok网)

投资方面,从2024年开始的六年内,投资25亿美元(约31亿港元)政府资金用于量子技术研制。包括启动量子估算和PNT(定位、导航和授时)项目;继续发展量子估算、量子通讯、量子传感器/成像/授时等领域的研究;加速量子网路合作研制;量子技术的公共采购等。L7u物理好资源网(原物理ok网)

研制方面主要包括:L7u物理好资源网(原物理ok网)

(1)以应用为中心:在量子技术和科学领域构建一个由研究中心组成的未来网路,由量子技术和相关学科专家联盟以及来自工业界、政府或其他合作伙伴,围绕特定应用领域或主题活动,推动未来量子经济下降和提升国家能力,确保美国常年成为尖端量子科技全球卓越中心。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(2)以行业为主导进行创新:鼓励行业研制,对商业化领域进一步投资。该计划包括探求新的量子技术商业化可行性项目,或协作创新项目,以应对量子技术转化和商业化挑战。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(3)借助加速器项目:将发展特定技术部门和公司,加速推进商业和技术成熟发展,在具有重大市场机会的领域提高主权能力和市场领导地位。通过加速器项目推进量子技术发展和商业化的脚步。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(4)支持基础研究:继续通过现有的工程和化学科学研究理事会(EPSRC)和科学与技术设施理事会(STFC)进行响应模式研究,促进科学发展,使量子技术作为更广泛研究的工具得以借助。L7u物理好资源网(原物理ok网)

2.注重量子人才的吸引和培养L7u物理好资源网(原物理ok网)

通过投资量身定做一揽子计划,确保美国才能继续吸引、培养和留住世界领先的专家;在未来六年内培训1,000多名量子及相关领域的博士生;制定一系列举措来激励下一代量子科学家、工程师和技术人员,制定量子产业安置计划和量子技术学徒计划;积极吸引和支持最优秀的国际流动科技人才到美国,与国家量子技术计划合作,继续提供资金、设施支持,鼓励世界顶级量子人才在日本举办研究和商业活动等。L7u物理好资源网(原物理ok网)

3.强化互利互惠的国际合作L7u物理好资源网(原物理ok网)

日本特别注重实现互利互惠,确保美国发挥主导作用的国际合作。具体包括:与国际合作伙伴就量子机遇、挑战和关键用途进行协作并分享专业知识;通过推进与国际合作伙伴合作,继续参与全球先进的多边伙伴关系,促进量子技术研制;强化对全球量子风险和机遇定义的领导工作,与国际合作伙伴合作制订负责任和安全的量子开发和布署共同原则等。L7u物理好资源网(原物理ok网)

量子通讯 优点_量子通讯优点和缺点_量子通讯优点与缺点L7u物理好资源网(原物理ok网)

4.大力支持量子企业的发展L7u物理好资源网(原物理ok网)

在未来六年及之后,美国将推动关键行业和专业机构在量子领域进行密切合作,涵括未来研制计划的详尽设计、经济体系中的量子打算以及未来法规和标准的共同设计等;举办商业化和加速器计划;加强基础设施投资,未来六年的创新将须要合适的研究和创新基础设施,在实验室和现实环境中测试、试点和展示量子技术的价值,以加速市场化进程;提供商业化支持,使日本成为创业和发展业务的理想之地;吸引量子企业到日本,海外量子公司在美国生态系统中占有重要地位,美国将构建吸引海外量子公司的项目和投资机会,与商业贸易部合作,积极支持量子企业步入日本。L7u物理好资源网(原物理ok网)

5.推进量子技术的采用L7u物理好资源网(原物理ok网)

通过政府采购,展示量子技术价值。量子技术可在许多领域改善公共服务并提高政府能力,政府可作为新兴技术的初期采用者来支持技术发展,并向其他部门展示量子技术价值;构建政府用户组,确定量子技术可提供的优势,帮助实现公共服务技术开发方式,以及提升政府工作人员技能以实现成功潜在用例的探求。国防部已确定用于国防的关键量子技术应用,包括传感器、成像和授时,以及此后在通讯和估算方面的机会;将起码四分之一的NQCC访问估算平台和相关研究项目用于探求社会效益的关键应用;与政府相关领导合作,商定行业或技术特定行动计划,实现技术融合等。L7u物理好资源网(原物理ok网)

6.推动量子监管并保护该行业发展L7u物理好资源网(原物理ok网)

随着量子行业的发展,美国也十分注重为未来的监管挑战做好打算,确保监管框架推进负责任的创新,并保护和发展经济以及美国的量子能力。具体包括:通过各类组织、论坛发挥积极作用量子通讯 优点,确保未来美国对量子技术的监管支持整个美国经济的创新、业务下降和量子技术负责任的使用;减轻与量子相关的风险,量子估算将恐吓到现有私钥密码学安全,对未来国家网路安全构成风险,国家网路安全中心(NCSC)与国际合作伙伴合作,确保美国向量子安全密码学过渡的计划和手册保持一致;通过相关全球机构举办工作,确保全球量子技术标准促使美国繁荣和安全利益,包括加速量子技术的商业化和支持美国该行业发展等。L7u物理好资源网(原物理ok网)

四几点认识L7u物理好资源网(原物理ok网)

(一)大手笔投资意在保持和强化日本的量子优势地位L7u物理好资源网(原物理ok网)

在全球范围内,量子优势正在蓬勃发展,该战略觉得即使德国在量子技术方面处于世界领先地位,但其他国家正在推动努力,这促使保持和强化美国在这场全球大赛中的地位至关重要。L7u物理好资源网(原物理ok网)

未来美国政府计划在多个领域进行投资,包括支持构建研究中心、加速器计划、挑战主导的创新资金、培训和人才计划、合作研制计划和基础设施投资等。L7u物理好资源网(原物理ok网)

不仅专注于软件和用例探求外,还将努力发展饱含活力的生态系统,探求拥有世界领先优势的一系列技术平台和供应链部份,以最大限度地发挥量子在改善生活、提高国家安全和弹性、促进经济增速等方面的潜力。L7u物理好资源网(原物理ok网)

但是,该战略也意味着美国已做好打算与其他国家进行合作,无论是专业知识、组件、产品和服务,还是制订标准和建立监管框架,美国都希望继续与其他国家合作,并在其中发挥主导作用。L7u物理好资源网(原物理ok网)

同时承诺在未来六年捐助量子前沿研究,支持量子部门,捉住量子技术发展机遇,奠定日本在未来量子技术市场中领先地位,促进日本产业链升级。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(二)该战略表明了美国打算和采用量子技术的雄心,意在塑造其量子产业L7u物理好资源网(原物理ok网)

经过近六年的发展,日本已成为量子技术全球领先者,在研究人才、跨不同量子技术知识积累、以及在整个量子和相关供应链中都具有显著优势,再者,美国还拥有全球重要的量子科技初创公司、成熟的供应商以及相对成熟的行业发展等。率先开发量子技术并在整个经济中广泛使用量子技术的将在生丰度、经济增速、可持续性以及国家安全和弹性方面拥有巨大优势,非常是量子计算机可以破坏用于保护互联网的加密技术。这意味着量子是政府的优先技术,还将通过量子催化剂基金构建更强悍的机制和催化剂资金,以加速政府采购,使政府能否充当量子技术的初期顾客等。L7u物理好资源网(原物理ok网)

到目前为止,大概25%到33%的企业早已采取举措为量子估算做打算,希望到2033年,这一比列将上升到相关行业的75%。到2033年,法国计划在全球范围内投资量子技术公司,并获得全球量子技术15%的市场份额,成为构建全球量子标准的领导者。L7u物理好资源网(原物理ok网)

据悉,为了在全球范围内推广爱尔兰的量子能力,政府还将调整其所有部门,包括加拿大政府通信总部(GCHQ)、国家网路安全中心(NCSC)、军情五处新组建的国家保护安全局(NPSA)等机构,向企业提供建议和支持,帮助企业施行数字保护和化学安全举措。L7u物理好资源网(原物理ok网)

总的来说,从基础研究、产业转化、人才培养、组织管理等多方面统筹筹谋任务布署,多部门分工合作,协力推动。我国量子产业正处于快速发展期,市场对量子技术有较大需求,当前因为量子信息技术还无法发挥实际应用价值,但随着技术的进步,我国将会有更多的初创团队步入应用开发领域量子通讯 优点,美国的量子产业布局思路对我国具有一定借鉴意义。L7u物理好资源网(原物理ok网)

(三)优化量子技术研制人才梯队,加强人才引进和培养力度L7u物理好资源网(原物理ok网)

日本觉得,缺少技术人才是美国乃至全世界量子技术发展的困局问题,同时日本缺乏兼顾技术能力与商业转化能力的人才。巨大的人才缺口可能会妨碍量子领域的发展,量子人才角逐将是量子估算的下一个重大挑战,因此,该战略也指出了优化量子技术研制人才梯队,加强量子技术人才引进和培养力度。L7u物理好资源网(原物理ok网)

一方面启动了量子领域新的博士培训中心和奖学金、量子技能工作组,制定了一系列举措来激励下一代量子科学家、工程师和技术人员,制定量子产业安置计划和量子技术学徒计划,为日本提供量子领域所需的研究人员、创新人员和从业人员。还通过院校与产业界联合培养博士生,对大专和在职人员、行业用户进行量子技术培训等方式,不断优化量子技术人才梯队,强化量子技术整体人才储备。L7u物理好资源网(原物理ok网)

另一方面,通过量身定做一揽子计划,确保美国才能继续吸引、培养和留住世界领先的专家,积极吸引和支持最优秀的国际流动科技人才到日本,与国家量子技术计划合作,继续提供资金、设施支持,鼓励世界顶级量子人才在美国举办研究和商业活动。面对全球量子估算人才稀缺的问题,我国在国家层面早已意识到了人才过剩的急迫性,指出“要统筹量子科技领域人才、基地、项目,实现全要素一体化配置,推动深化量子科技重大项目施行。”在教育层面采取应对举措,在进行教育计划变革的同时,可借鉴其他国,包括美国的人才引进和补贴新政,从全球人才库中吸引优秀的高素养专业人才。L7u物理好资源网(原物理ok网)

供稿:三十所信息中心L7u物理好资源网(原物理ok网)

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