【摘要】如果把量子信息技術(shù)比作一架飛機(jī)，那么量子計(jì)算技術(shù)則是這架飛機(jī)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，其重要性不言而喻。作為一種基于量子力學(xué)原理的計(jì)算方式，量子計(jì)算與傳統(tǒng)的二進(jìn)制計(jì)算有著本質(zhì)差異。在因子分解、量子化學(xué)模擬、大規(guī)模數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，量子計(jì)算機(jī)所擁有的超級(jí)計(jì)算能力能夠解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)難以解決的問(wèn)題，也為科學(xué)研究提供了新的手段和思路。全球各國(guó)的政府和企業(yè)已經(jīng)開始投入大量資金和人力物力，推進(jìn)量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用。但量子計(jì)算機(jī)的硬件和軟件都需要長(zhǎng)時(shí)間的研發(fā)和優(yōu)化，當(dāng)前我國(guó)量子計(jì)算機(jī)發(fā)展尚處于初級(jí)階段，真正構(gòu)建起一個(gè)成熟的量子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，需要國(guó)家政策、軟硬件研究、行業(yè)應(yīng)用開發(fā)、教育培訓(xùn)等多環(huán)節(jié)共同發(fā)力。
【關(guān)鍵詞】量子計(jì)算 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 教育 生態(tài)構(gòu)建 【中圖分類號(hào)】O413；TP38 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
量子科學(xué)是20世紀(jì)以來(lái)最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。隨著第一次量子技術(shù)革命的推進(jìn)，量子信息科學(xué)迎來(lái)了新一輪的快速發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)，量子科技革命的第二次浪潮來(lái)臨，催生了量子計(jì)算、量子通信、量子測(cè)量等一批新興技術(shù)，將極大地改變和提高人類獲取、傳輸和處理信息的方式和能力。
量子計(jì)算作為一種能夠高速計(jì)算、存儲(chǔ)和處理信息的新計(jì)算技術(shù)，有望克服計(jì)算限制，給現(xiàn)有經(jīng)典計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力帶來(lái)質(zhì)的飛躍。當(dāng)前，各行業(yè)數(shù)據(jù)信息體量不斷增加，各國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待提高算力、降低能耗，量子計(jì)算作為該背景下的前沿技術(shù)，也日趨成為世界各國(guó)搶占的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
量子計(jì)算科技具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值，或?qū)⒁I(lǐng)新一輪產(chǎn)業(yè)變革方向
量子計(jì)算機(jī)是一種按照量子力學(xué)規(guī)律運(yùn)行的物理設(shè)備，能處理量子比特信息，進(jìn)行高速的數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算，由于量子比特的疊加性、相干性、糾纏性，量子計(jì)算機(jī)可以在很短的時(shí)間內(nèi)解決在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上難以解決的問(wèn)題。
新技術(shù)研究路徑尚未收斂。量子計(jì)算機(jī)，根據(jù)其邏輯架構(gòu)主要分為量子邏輯門計(jì)算機(jī)和量子退火計(jì)算機(jī)；根據(jù)其用途，可以分為專用量子計(jì)算機(jī)和通用量子計(jì)算機(jī)。目前量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)路線主要包括：超導(dǎo)、離子阱、光量子、量子點(diǎn)、冷原子等。主要技術(shù)路線的相關(guān)原理不盡相同，各路線百花齊放，百舸爭(zhēng)流。從技術(shù)研發(fā)上看，超導(dǎo)路線擁有最多的技術(shù)追隨者?；诔瑢?dǎo)量子位的量子計(jì)算是一種最早被提出和研究的量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)方法，它基于超導(dǎo)性能的材料，使用電荷量子比特、磁通量子比特和相位量子比特這三種方式來(lái)形成量子比特，超導(dǎo)量子比特在操控、耦合、測(cè)量、擴(kuò)展等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，在過(guò)去幾十年中，超導(dǎo)量子計(jì)算有一定的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了與量子態(tài)所需精度相當(dāng)?shù)母呔瓤刂?、微波單光子狀態(tài)的制備等主要技術(shù)。超導(dǎo)技術(shù)路線的缺點(diǎn)是易受環(huán)境噪聲影響使得退相干時(shí)間變短，進(jìn)而增加量子比特的操作難度。當(dāng)前國(guó)際科技企業(yè)國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（后簡(jiǎn)稱IBM）開發(fā)的超導(dǎo)量子芯片比特?cái)?shù)量已進(jìn)入百位時(shí)代，在全球已部署了30余臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，2022年11月發(fā)布了一臺(tái)名為“魚鷹”的433量子比特量子計(jì)算機(jī)。Rigetti兩個(gè)40位量子芯片組裝的80位芯片開始商用。國(guó)內(nèi)本源量子已向用戶交付1臺(tái)24比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)、1臺(tái)64比特超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。其他研究路徑上，各有所長(zhǎng)，均在不同程度推進(jìn)。基于離子阱的量子計(jì)算則是利用電荷與電磁場(chǎng)間的相互作用力來(lái)牽制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，并利用受限離子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)組成兩個(gè)能級(jí)，作為量子比特。同時(shí)，利用微波激光照射操縱量子態(tài)，通過(guò)連續(xù)泵浦光和態(tài)相關(guān)熒光，實(shí)現(xiàn)量子比特的初始化和探測(cè)。該技術(shù)路線的優(yōu)勢(shì)是量子比特品質(zhì)高、相干時(shí)間較長(zhǎng)、量子比特的制備和讀出效率較高，其劣勢(shì)主要是量子比特操縱速度相對(duì)較慢，隨著量子比特?cái)?shù)的增加，量子比特的操縱在技術(shù)上有困難。光量子計(jì)算機(jī)研究方向也有許多團(tuán)隊(duì)追隨，其優(yōu)點(diǎn)在于光子的量子態(tài)與外部環(huán)境的相互作用極其微弱，使得光量子計(jì)算機(jī)可以在室溫的大氣環(huán)境中工作；同時(shí)光子是量子通信的最佳信息載體，它們以光速傳播，可為高速、大容量數(shù)據(jù)傳輸提供大帶寬。缺點(diǎn)在于光子之間相互不作用，因此很難實(shí)現(xiàn)需要光子之間相互作用的兩量子比特糾纏門?；诎雽?dǎo)體量子點(diǎn)技術(shù)的量子計(jì)算機(jī)利用半導(dǎo)體量子點(diǎn)中的電子制造量子比特，將其電子的自旋方向編碼為量子態(tài)儲(chǔ)存量子信息。因其與傳統(tǒng)芯片技術(shù)有相通之處，比其他方案更具可擴(kuò)展性，有助于實(shí)現(xiàn)芯片產(chǎn)業(yè)化。由于半導(dǎo)體量子比特體積小、數(shù)量少且相干性較弱，量子點(diǎn)技術(shù)路線還未像超導(dǎo)、光量子技術(shù)路線一樣實(shí)現(xiàn)高量子比特?cái)?shù)。
國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃聚焦量子計(jì)算。如今，量子計(jì)算儼然成為科技領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，多國(guó)政府以及各大科技公司都紛紛投入大量精力和資金來(lái)研究和開發(fā)量子計(jì)算技術(shù)。美國(guó)在量子計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域率先投資，早在1999年就發(fā)布了有關(guān)“量子信息科學(xué)”的科學(xué)技術(shù)報(bào)告。2018年美國(guó)政府推出《國(guó)家量子倡議法案》，2020年發(fā)布《美國(guó)量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略愿景》等量子專項(xiàng)戰(zhàn)略，并于2022年發(fā)布關(guān)于促進(jìn)量子計(jì)算的《國(guó)家安全備忘錄》。幾年間，美國(guó)政府不斷頒布多項(xiàng)量子計(jì)算政策。加拿大政府在2021年7月宣布制定國(guó)家量子戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略由加拿大創(chuàng)新、科學(xué)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展部(ISED)的秘書處協(xié)調(diào)，不僅提供大量資金支持該領(lǐng)域研究，還成立了量子計(jì)算發(fā)展機(jī)構(gòu)，與加拿大商業(yè)界密切合作。英國(guó)政府于2014年啟動(dòng)“國(guó)家量子技術(shù)計(jì)劃”，成立4個(gè)國(guó)家量子技術(shù)中心來(lái)開展工作，中心致力于培養(yǎng)人才、開展研究和推動(dòng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，以加快量子技術(shù)的商業(yè)化。德國(guó)政府于2021年制定了《量子計(jì)算路線圖》，并啟動(dòng)慕尼黑量子谷研究集群計(jì)劃。日本政府也主張?jiān)擃I(lǐng)域的研究和發(fā)展，并成立量子計(jì)算研究與應(yīng)用中心。自2016年起，中國(guó)政府發(fā)布多項(xiàng)量子技術(shù)相關(guān)政策，2016年8月國(guó)務(wù)院頒發(fā)《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，將量子計(jì)算機(jī)列入科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目，研制通用的量子計(jì)算原型機(jī)和實(shí)用化量子模擬機(jī)。“十四五”規(guī)劃期間，全國(guó)多個(gè)省級(jí)行政區(qū)出臺(tái)地方發(fā)展規(guī)劃，支持量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國(guó)政府在量子計(jì)算領(lǐng)域開始重點(diǎn)投入，并成立量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，吸納中國(guó)建設(shè)銀行、中國(guó)移動(dòng)、平安銀行等行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)相繼開展商業(yè)化應(yīng)用探索。從各國(guó)近年來(lái)加大對(duì)量子計(jì)算的研究與商業(yè)化支持力度來(lái)看，已經(jīng)形成量子計(jì)算從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用化研發(fā)全覆蓋的局面。
量子計(jì)算成果不斷涌現(xiàn)。繼谷歌2019年宣布成功演示“量子霸權(quán)”證明量子計(jì)算巨大潛力后，在其量子計(jì)算路線圖上達(dá)到第二個(gè)關(guān)鍵里程碑：首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明可以通過(guò)增加量子比特的數(shù)量來(lái)降低計(jì)算錯(cuò)誤率。如果量子計(jì)算機(jī)想在實(shí)用性方面取得進(jìn)展，并解決普通計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題，有效糾錯(cuò)就是必備技能。此外，作為美國(guó)科技巨頭的IBM一直在政策的大力扶持下布局量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)，其發(fā)布的“Eagle”是一款127量子位的量子處理器，IBM聲稱它不能被任何經(jīng)典計(jì)算機(jī)模擬，它的性能幾乎是2020年發(fā)布的65量子比特處理器Hummingbird的兩倍。2022年11月，IBM推出擁有433個(gè)量子比特的量子芯片“魚鷹”，成為世界上迄今為止最大的通用量子處理器。
量子計(jì)算技術(shù)的總體發(fā)展態(tài)勢(shì)
量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)生態(tài)初現(xiàn)“曙光”，“合縱聯(lián)橫”態(tài)勢(shì)驟起。從產(chǎn)業(yè)化程度看，全球已成立近300家量子計(jì)算專業(yè)公司，基本覆蓋所有技術(shù)路線和行業(yè)潛在應(yīng)用方向，成立時(shí)間最長(zhǎng)的公司已達(dá)20多年之久，4家公司完成上市。而國(guó)內(nèi)量子計(jì)算專業(yè)公司不足10家，從事的技術(shù)路線有超導(dǎo)、光學(xué)、離子阱、硅基半導(dǎo)體、中性原子等，成立時(shí)間最長(zhǎng)的是本源量子（5年），目前沒(méi)有上市公司。從行業(yè)生態(tài)看，美國(guó)以IBM為首的量子計(jì)算龍頭企業(yè)為促進(jìn)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，牽頭建立國(guó)際主流量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，組織美國(guó)、日本、韓國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等230多家企業(yè)協(xié)同“聯(lián)姻”，呈“合縱連橫”融合創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)本源量子牽頭成立量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，金融建模、海洋超算、輪船制造、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域30余家國(guó)內(nèi)企業(yè)入盟，雖體量總體偏小，但已初步形成量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)鏈雛形。比如以量子處理器、稀釋制冷機(jī)、低溫器件、量子計(jì)算機(jī)整機(jī)、量子軟件、算法、操作系統(tǒng)為主的量子計(jì)算上下游生產(chǎn)制造鏈，主要提供量子計(jì)算機(jī)軟硬件資源；以面向用戶，根據(jù)各行業(yè)特定場(chǎng)景需求開發(fā)應(yīng)用算法為主的量子計(jì)算生態(tài)應(yīng)用鏈，針對(duì)性提供應(yīng)用服務(wù)；以及圍繞量子計(jì)算教育、生態(tài)資源共享等的量子計(jì)算教育科普鏈，重點(diǎn)培育和培訓(xùn)行業(yè)人才。各國(guó)主流量子計(jì)算聯(lián)盟合作伙伴間通過(guò)資源共享、技術(shù)交流與合作研發(fā)，在量子計(jì)算硬件、軟件、算法等領(lǐng)域展開研究與創(chuàng)新，推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。
量子計(jì)算協(xié)同創(chuàng)新應(yīng)用層出，領(lǐng)域內(nèi)原創(chuàng)成果增加。在實(shí)際生產(chǎn)、科學(xué)研究等領(lǐng)域，量子計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要集中在模擬物質(zhì)、優(yōu)化問(wèn)題、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面。量子計(jì)算機(jī)可以模擬大分子、復(fù)雜材料等，可以通過(guò)優(yōu)化算法，為生產(chǎn)和工作中的問(wèn)題提供快速有效的解決方案，可以通過(guò)提供更大的存儲(chǔ)和更高效的處理能力，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析和學(xué)習(xí)。從應(yīng)用研究看，國(guó)外金融、醫(yī)藥、大型裝備制造商等與量子計(jì)算公司進(jìn)行深度融合，圍繞量子計(jì)算在行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新，取得了不少原創(chuàng)性成果。2021年，美國(guó)量子計(jì)算研發(fā)巨頭谷歌（Google）與世界最大私有制藥企業(yè)勃林格殷格翰（BI）合作研究量子計(jì)算藥物研發(fā)。2022年，美國(guó)最大港口洛杉磯港首次采用量子計(jì)算技術(shù)倍數(shù)提升港口運(yùn)營(yíng)效率。微軟、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室基于量子計(jì)算模擬一個(gè)催化化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了30倍加速和10倍成本降低。國(guó)內(nèi)量子計(jì)算潛在應(yīng)用客戶多數(shù)是國(guó)企，建信金科與本源量子合作開發(fā)首批量子計(jì)算金融算法，新華財(cái)經(jīng)與本源量子聯(lián)合開發(fā)上線首個(gè)量子金融App，但除了金融、通訊機(jī)構(gòu)外，其他行業(yè)單位展開量子計(jì)算應(yīng)用合作研究較少。
“示范性”領(lǐng)域帶頭，多行業(yè)“齊頭并進(jìn)”。量子計(jì)算科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用理應(yīng)“相輔相成”，科研課題來(lái)自于各行業(yè)的真需求，選擇更有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的課題帶入科研，從而探索出新技術(shù)的更多應(yīng)用場(chǎng)景，也是國(guó)際量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)。金融行業(yè)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最熱門的應(yīng)用領(lǐng)域之一，量子計(jì)算可以用于該領(lǐng)域加密和解密數(shù)據(jù)，以提供更高的安全性；可用于市場(chǎng)的預(yù)測(cè)和優(yōu)化，協(xié)助金融機(jī)構(gòu)強(qiáng)化決策、降低風(fēng)險(xiǎn)和增加收益；還可以應(yīng)用于精準(zhǔn)定價(jià)、交易結(jié)算和資產(chǎn)分配等方面。2022年，美國(guó)全國(guó)性保險(xiǎn)業(yè)龍頭企業(yè)美國(guó)州立農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)公司（State Farm）在其內(nèi)部成立量子團(tuán)隊(duì)，正式入局量子計(jì)算，探索潛在解決方案，以更好地滿足客戶需求。此外，量子計(jì)算也被證明在生物制藥、能源化工、氣象預(yù)測(cè)等行業(yè)具有潛力。在制藥行業(yè)，量子計(jì)算可以用來(lái)研究新藥的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)，模擬化學(xué)分析結(jié)構(gòu)，進(jìn)而解決量子化學(xué)的合成和藥物輔助設(shè)計(jì)，提高新藥的產(chǎn)量和品質(zhì)。在采礦和勘探行業(yè)，量子計(jì)算可以協(xié)助尋找礦藏和石油等寶貴資源，優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)效率和節(jié)省成本。在物流行業(yè)，量子計(jì)算可以用來(lái)規(guī)劃最優(yōu)路徑和優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)，從而提高物流效率并降低運(yùn)輸成本。在能源領(lǐng)域，量子計(jì)算可用于分析和管理太陽(yáng)能、氫能、風(fēng)電場(chǎng)的流體動(dòng)力學(xué)特性等，進(jìn)而為能源高效利用、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存提供更多的技術(shù)支持。在氣象行業(yè)，量子計(jì)算可以用來(lái)快速、有效地處理大量且多維度的復(fù)雜氣象數(shù)據(jù)，有助于提高天氣預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性?；谄洳⑿行院透咝惴▋?yōu)化能力，還可以對(duì)氣象進(jìn)行有效的仿真、跟蹤和預(yù)測(cè)。在安全行業(yè)，量子計(jì)算可以用于對(duì)當(dāng)前正在使用的加密系統(tǒng)的防守和攻擊。量子計(jì)算技術(shù)在這些應(yīng)用領(lǐng)域“齊頭并進(jìn)”，或?qū)榭茖W(xué)研究提供革命性突破。
量子計(jì)算技術(shù)反哺教育事業(yè)發(fā)展。全球主要國(guó)家都在加大對(duì)該領(lǐng)域的投資。量子計(jì)算的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)快速提升著量子計(jì)算的發(fā)展水平，伴隨著量子計(jì)算技術(shù)的突破和應(yīng)用，相關(guān)行業(yè)人才“加速”稀缺，而關(guān)乎量子計(jì)算未來(lái)發(fā)展持續(xù)性的人才培養(yǎng)，則越來(lái)越受到關(guān)注和重視。2018年底頒布的《美國(guó)國(guó)家量子計(jì)劃法案》計(jì)劃在人才培養(yǎng)、標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域投資12億美元，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室牽頭啟動(dòng)美國(guó)量子信息K12教育。自此，各國(guó)相應(yīng)開設(shè)量子人才培養(yǎng)計(jì)劃。2022年，澳大利亞量子公司Q-CTRL與英國(guó)主營(yíng)量子教育公司QURECA合作建立量子計(jì)算人才培養(yǎng)通道，為任何想要入門量子計(jì)算的人提供學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)宣布建立量子信息科學(xué)與工程中心，為量子計(jì)算學(xué)科建設(shè)奠基。而我國(guó)量子計(jì)算技術(shù)雖起步較晚，但量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好、前景廣闊，量子計(jì)算人才缺口巨大。近年來(lái)，我國(guó)建立了一批量子計(jì)算研究機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室，并擁有了一定的量子計(jì)算研究基礎(chǔ)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)等高校均開始開設(shè)量子信息等相關(guān)本科專業(yè)，專業(yè)課程涵蓋了量子計(jì)算的基礎(chǔ)和應(yīng)用等。為培育量子計(jì)算與各行業(yè)綜合型人才，建立完善量子計(jì)算行業(yè)教育培訓(xùn)體系，本源量子在2018年就已推出國(guó)內(nèi)首批量子計(jì)算行業(yè)應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)課程，包含量子金融、量子化學(xué)兩個(gè)課程體系，近年還同步開設(shè)專用領(lǐng)域人才教育培訓(xùn)課程，譬如量子金融賽道班，以滿足金融行業(yè)領(lǐng)域人才協(xié)同開展量子計(jì)算應(yīng)用研究需求。
因此，加快量子計(jì)算的技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用推廣和生態(tài)構(gòu)建，不僅重要而且必要更是緊要。世界已進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代，全球科技發(fā)展的信息化特征日趨明顯，呈現(xiàn)出兩級(jí)分化的演進(jìn)狀態(tài)。一個(gè)是智能化，一個(gè)是邊緣化。如同工業(yè)化的核心是“馬力”，智能化的核心就是“算力”，而量子計(jì)算是算力發(fā)展的新賽道。這種兩極分化不光體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還體現(xiàn)在國(guó)家安全、社會(huì)公共管理等方方面面，如果不能智能化、量子化，可能就會(huì)被邊緣化。
中國(guó)量子計(jì)算生態(tài)構(gòu)建
當(dāng)下，量子計(jì)算已經(jīng)發(fā)展到了性能提升、生態(tài)建設(shè)、習(xí)慣培養(yǎng)、應(yīng)用拓展并重的階段。量子計(jì)算歸根結(jié)底是算力的競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)量子計(jì)算核心軟硬件產(chǎn)品和技術(shù)攻關(guān)。“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來(lái)、買不來(lái)、討不來(lái)的。”量子計(jì)算國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，我國(guó)必須奮起直追，2022年12月，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議也明確提出了要加快量子計(jì)算研發(fā)和應(yīng)用推廣。研制量子計(jì)算機(jī)涉及量子芯片、測(cè)控、軟件、算法和云平臺(tái)等多領(lǐng)域協(xié)同，我國(guó)需要加強(qiáng)量子計(jì)算核心軟硬件產(chǎn)品和技術(shù)攻關(guān)，突破量子處理器、稀釋制冷機(jī)、低溫器件等核心硬件技術(shù)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算軟硬件國(guó)產(chǎn)替代；支持量子計(jì)算操作系統(tǒng)、量子計(jì)算語(yǔ)言、編程框架、芯片設(shè)計(jì)工具等關(guān)鍵基礎(chǔ)軟件的研發(fā)。
加強(qiáng)以企業(yè)為創(chuàng)新主體的量子計(jì)算應(yīng)用研究，助推國(guó)內(nèi)應(yīng)用落地。量子計(jì)算機(jī)是一個(gè)工具，要到用戶手里去，而不是停留在論文上或匯報(bào)中。我國(guó)量子計(jì)算技術(shù)研發(fā)成本高，商業(yè)化開拓難，研發(fā)和應(yīng)用之間存在“斷層”。國(guó)際上，量子計(jì)算的研制開發(fā)已步入由龍頭企業(yè)主導(dǎo)階段，研發(fā)、應(yīng)用“雙向驅(qū)動(dòng)”，應(yīng)用牽引和市場(chǎng)導(dǎo)向的加速效能凸現(xiàn)。我國(guó)量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展則較為滯后，和中國(guó)量子算力“攜手”開發(fā)應(yīng)用的央企不到央企總數(shù)的5%。為強(qiáng)化企業(yè)創(chuàng)新主體地位和責(zé)任，應(yīng)鼓勵(lì)大型央企率先開展量子計(jì)算應(yīng)用賦能場(chǎng)景示范。量子計(jì)算作為國(guó)家戰(zhàn)略，關(guān)系到國(guó)家未來(lái)軍事安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。國(guó)家宜鼓勵(lì)引導(dǎo)大型央企及其他行業(yè)龍頭企業(yè)和量子計(jì)算企業(yè)在目前國(guó)際量子算力已經(jīng)發(fā)揮作用的領(lǐng)域盡快深化合作，這些領(lǐng)域有金融、生物醫(yī)藥、新材料、人工智能、氣象預(yù)報(bào)、密碼破譯、智能制造等，從而促進(jìn)我國(guó)量子計(jì)算技術(shù)在經(jīng)濟(jì)層面的應(yīng)用，發(fā)揮國(guó)內(nèi)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，以應(yīng)用“反推”行業(yè)技術(shù)發(fā)展。
加強(qiáng)對(duì)我國(guó)量子計(jì)算教育的重視。2021年教育部批復(fù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)新增“量子信息科學(xué)”學(xué)科，標(biāo)志著我國(guó)本科院校開啟量子計(jì)算人才培養(yǎng)的新征程，但在實(shí)際推進(jìn)專業(yè)建設(shè)和人才培養(yǎng)的進(jìn)程中，仍有一些院校存在“淺嘗輒止”和“畏手畏腳”的現(xiàn)象。量子計(jì)算作為綜合性學(xué)科，包含物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等一系列學(xué)科知識(shí)，其發(fā)展需要培養(yǎng)更多的人才。部分國(guó)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)通過(guò)通識(shí)教育和職業(yè)教育，推廣量子計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言，但目前國(guó)內(nèi)只有為數(shù)不多的量子企業(yè)或團(tuán)隊(duì)在量子教育上發(fā)力。為鼓勵(lì)院校開展量子計(jì)算人才培養(yǎng)工作，推進(jìn)我國(guó)搶占量子信息全球產(chǎn)業(yè)高地，各高校和科研機(jī)構(gòu)應(yīng)積極參與量子計(jì)算教育工作，搭建合作交流平臺(tái)，加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，引入國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的量子計(jì)算專業(yè)人才和專家，不斷更新教材體系，推陳出新，以期提升我國(guó)量子計(jì)算教育的整體水平和質(zhì)量。全國(guó)大中小學(xué)尤其是高校應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)、量子操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言宣傳推廣。為此，有如下建議：一是將國(guó)產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)科普納入中小學(xué)科普的重要內(nèi)容之中；二是在已開設(shè)量子科技相關(guān)課程的高校中引入國(guó)產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)軟硬件相關(guān)課程；三是鼓勵(lì)并引導(dǎo)高校學(xué)生積極參與公益性學(xué)術(shù)組織舉辦的全國(guó)性量子計(jì)算各類技能大賽，以更好更快發(fā)現(xiàn)中國(guó)量子計(jì)算編程人才，為中國(guó)量子算力事業(yè)凝聚更多中國(guó)英才。通過(guò)這三項(xiàng)舉措讓更多的中國(guó)“下一代”了解和掌握量子計(jì)算基本常識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生特別是高校青年學(xué)生養(yǎng)成用國(guó)產(chǎn)量子操作系統(tǒng)的習(xí)慣，逐步構(gòu)建中國(guó)自主量子計(jì)算應(yīng)用生態(tài)圈。
加快構(gòu)建自主量子計(jì)算生態(tài)圈。歐美等國(guó)量子計(jì)算起步早、發(fā)展快，產(chǎn)業(yè)成熟度高，已逐步建立量子計(jì)算生態(tài)“鏈”。2017年，美國(guó)的國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司（IBM）成立的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟擁有210多個(gè)成員，涉及500強(qiáng)公司、初創(chuàng)企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和研究實(shí)驗(yàn)室。加拿大2020年成功組建量子工業(yè)部，包含24家專門從事量子領(lǐng)域的加拿大硬件和軟件公司。2022年，德國(guó)漢堡啟動(dòng)“量子創(chuàng)新之都”量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟。同年，澳大利亞國(guó)家級(jí)最高機(jī)構(gòu)澳大利亞技術(shù)委員會(huì)宣布成立澳大利亞量子聯(lián)盟。國(guó)外聯(lián)盟發(fā)展壯大的同時(shí)也意味著越來(lái)越多的國(guó)際用戶甚至中國(guó)公民會(huì)使用幾大國(guó)際巨頭的量子計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、操作系統(tǒng)，甚至養(yǎng)成習(xí)慣。就像習(xí)慣使用Windows系統(tǒng)一樣，習(xí)慣一旦養(yǎng)成，再替換國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)將非常艱難。因此，在核心技術(shù)攻關(guān)基礎(chǔ)之上，應(yīng)加大自主量子計(jì)算軟硬件產(chǎn)品和服務(wù)在包括“一帶一路”和金磚國(guó)家在內(nèi)的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的應(yīng)用推廣，培育壯大自主的量子計(jì)算軟硬件產(chǎn)業(yè)和生態(tài)。
當(dāng)前，我們已經(jīng)從研究探索什么是量子計(jì)算以及如何用量子特性優(yōu)化計(jì)算，逐漸過(guò)渡到量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大階段，在高度重視有序推進(jìn)中國(guó)量子計(jì)算事業(yè)的同時(shí)，我們需謹(jǐn)防“家家點(diǎn)火、戶戶冒煙”，一擁而上搞量子計(jì)算。歐美大約從30年前開始布局量子計(jì)算研發(fā)，中國(guó)大約從20年前起步量子計(jì)算研發(fā)，不論是美國(guó)還是中國(guó)，在量子計(jì)算研發(fā)方面都經(jīng)歷了一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。量子計(jì)算不是一代人能夠完成的事業(yè)，要從源頭上加強(qiáng)對(duì)量子計(jì)算的科學(xué)客觀認(rèn)識(shí)，逐步在中國(guó)形成對(duì)量子計(jì)算的共識(shí)，才能從源頭上避免量子計(jì)算“熱”帶來(lái)的“盲目沖動(dòng)”，最終形成一代又一代中國(guó)量子計(jì)算人接續(xù)奮斗的良好局面。
（作者為全國(guó)人大代表，中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微電子學(xué)院副院長(zhǎng)、教授）
【參考文獻(xiàn)】
①Jay Gambetta, "IBM Quantum's mission is to bring useful quantum computing to the world", 9 Nov 2022, https://research.ibm.com/blog/next-wave-quantum-centric-supercomputing.
②習(xí)近平：《當(dāng)前經(jīng)濟(jì)工作的幾個(gè)重大問(wèn)題》，《求是》，2023年第4期。
③秦梟：《全國(guó)人大代表郭國(guó)平：盡快提升中國(guó)量子計(jì)算能力》，《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》，2023年3月13日。
④張依依：《推動(dòng)實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算軟硬件本土化發(fā)展》，《中國(guó)電子報(bào)》，2023年3月10日。
⑤李洋：《郭國(guó)平：建議量子計(jì)算“從娃娃抓起”》，《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào)》，2023年3月13日。
⑥郭國(guó)平：《量子計(jì)算政策發(fā)展與應(yīng)用研究綜述》，《人民論壇·學(xué)術(shù)前沿》，2021年第7期。
責(zé)編/周小梨 美編/李祥峰
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