1　前言

当前，在新时期，全球涌现“量子科技”潮。世界多国量子通信研究与应用的政策支持与项目布局全面展开，竞争态势日益明显。

出现这一潮流的背景是：量子技术正从实验室走出来，在传感、通讯、信息处理、信息安全等领域实现前所未有的跨越式发展。量子时代正成为近期科技创新的聚焦点。人类社会正在进入“量子技术”时代。

量子力学和相对论是20世纪物理学的两大支柱，相对论随着爱因斯坦的名字不断地出现在各种场合，为世人普遍知晓，量子力学则似乎一直居于学术象牙塔中，较少为人们所熟悉。其实，量子力学这一研究微观粒子运动规律的物理学分支学科，与相对论一起奠定了现代物理学的基石。如果说牛顿力学是宏观物理世界的理论基础，那么量子力学毫无疑问是微观物理世界的理论基础。

量子力学在基础与应用各方面取得了一个又一个成功，同时也使人类生产生活发生深刻变革。诺贝尔奖得主莱德曼在20世纪90年代曾说过，量子力学贡献了当时美国国内生产总值的三分之一。量子计算、量子通信、量子控制、量子密码、量子传感……创造出新一代的产品与技术，将成为“第四次工业革命的引擎。”因此，引起世界范围各国的争相共鸣，并投入巨大的财力、物力、人力进行研究。形成了一股汹涌澎湃、振荡全球的“量子科技”潮流。

近年来全球量子技术的竞争，已不仅局限于谷歌等巨型公司之间，英美政府和欧盟也纷纷加入角逐。“其根本原因是量子技术有望成为未来各国竞争的制高点。2018年，“量子霸权”成为一个热词，频频见诸报端。其实，此“霸权”非彼霸权，“量子霸权”是一个量子计算发展程度的标志，意思是指当量子计算机发展到50个左右量子比特时，其计算能力将超越世界上最快的传统计算机，从而“称霸”于计算领域。可以说，其对推动信息科技跨越式发展、维护国家安全等都具有非同寻常的意义。

基于此，控制理论与工程领域必然的发展趋势是会出现与“量子科技”相互融合交叉的科学，这是值得关注的大事情。

2　中国在量子技术方面的成绩

量子通信技术作为一种量子力学和通信技术相结合的产物，对于我国统计技术和电子产业的快速发展有着十分重要的作用。早在2006年出台的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》（以下简称《纲要》）将量子技术的地位提到了新的高度，通过将“量子调控研究”列入重大基础科学研究计划的方式来突出量子通信相关技术与原理研究的重要性，《纲要》明确指出“以微电子为基础的信息技术将达到物理极限，对信息科技发展提出了严峻的挑战，人类必须寻求新出路，而以量子效应为基础的新的信息手段初露端倪，并正在成为发达国家激烈竞争的焦点”。

一直到20世纪90年代，我国在量子领域的实验研究还几乎是一片空白。2017年6月，科技部联合教育部、中国科学院、国家自然科学基金委员会共同制定了《“十三五”国家基础研究专项规划》，着眼于更长远的国家重大战略需求，提出在“十三五”期间，将量子通信与量子计算机列入重大科技项目。由此可见，中国政府对量子信息的发展支持力度非常大。虽然中国量子技术研究起步较晚，但近几年发展却非常迅速，在国际也上有了一定地位，目前中国已经做到了3个量子比特，4个比特的也正在做。

2016年8月16日，我国首颗量子实验卫星“墨子号科学实验卫星在酒泉卫星发射中心用长征二号运载火箭成功发射，接着进行了成功的远距离保密通信，这是世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建一个天地一体化的量子保密通信与科学实验体系，这意味着世界将从电子信息技术走向量子信息技术，这是科技革命的伟大创举。十九大报告点赞了全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”。这充分表明中国在量子技术方面的卓越成就。

时过不到一年，我国又创造出世界首台光量子计算机并于2017年5月3日在上海亮相，其未来的万亿次光量子计算机求解一个亿亿亿次（1024）变量方程组，利用目前最快的超级计算机（“神威·太湖之光”的峰值计算速度为12.54亿亿次/秒）求解大约需要100年，如果采用万亿次光量子计算机，只需0.01秒。这将推开神秘量子应用（速度革命）时代的一扇大门，必然会带来“速度革命”的新飞跃。这是科技中国梦的伟大创举和应用。

我国在2016年发布的“十三五”规划纲要中提出着力构建量子通信和泛在安全物联网，并在多项科技与信息产业规划中将量子通信列为战略性新兴产业。同年，科技部设立“量子调控与量子信息”重点专项，部署量子通信和计算等领域的战略性前沿研究。

与此同时，中国的量子储存器的各种性能，如保真度、储存模式等很多指标都在国际上处于领先地位。“十三五”期间，量子通信也被划定为未来5年国家重点战略项目。

中科院院士潘建伟表示，目前中国量子通信技术领先国际相关技术水平5年，并将在未来10到15年持续保持领先。潘建伟表示，目前日本、欧洲都已启动量子通信研究计划，但在数量级、时间、空间等层面，中国量子通信技术均领先国际相关研究四五年，并将在未来很长一段时间内继续保持领先。

国际上普遍认为，量子技术是下一次技术革命的驱动力。中国在量子通信技术与量子通信产业化领域目前处于全面领先地位。英国《自然》杂志撰文称，“中国在量子通信领域已发展为世界劲旅，领先北美、欧洲和日本。”

对于量子时代的科研与应用，我国科学家有着清晰的路线图：通过量子通信研究，从初步实现远程量子通信网，到实现多横多纵的全球量子通信网络；通过量子计算研究，为大规模计算难题提供解决方案，实现大数据时代的信息有效挖掘；通过量子精密测量研究，实现新一代定位导航、激光制导、水下定位、医学检测等。

3　美国在量子技术方面的成绩

美国作为世界上唯一的科技超级大国，基于其“美国优先”的理念，美国政府于2018年相继推出太空、生物、网络等多项科技战略，包括签署国家量子法案等，力图继续巩固美国科技优势地位。一直以来，美国高度重视量子信息技术的相关研究，将量子信息技术作为引领未来军事革命的颠覆性、战略性技术。特别是，美国将量子芯片相关研究计划命名为“微型曼哈顿计划”，将其提升至与原子弹研制同等重要的高度。

在具体科研项目上，美政府推出了一系列政策。如12月发布的国家量子法案，全方位加速量子科技的研发与应用，力图确保美在量子信息科学这一“下一场技术革命”中的全球领导地位；美国总统特朗普日前正式签署国家量子法案，全方位加速量子科技的研发与应用，确保美国量子科技领先地位，开启量子领域的“登月计划”。

布局量子信息风口，美国发布国家级战略。美国近期发布《国家量子信息科学战略概览》，以持续拓展量子信息科学应用，并维持和提升美国在量子信息科学中的地位。

根据全国性的量子信息战略方案，美国将创建一个可见、系统、全国性的量子信息研发方案，由NSTC的SCQIS协调。这些工作将利用现有的方案，适应不断变化和改进的科学和技术知识，反映对国家量子信息科学的机遇和挑战的最佳理解，并在适当的情况下采取新步骤。

美国将采取如下措施：

一是专注于以科学为先的方法，识别和解决重大挑战，这些解决方案能够推动革命性的科学和工业进步；

二是建立量子智能和多元化的员工队伍，以满足领域内不断增长的需求；

三是鼓励行业参与，提供适当的公私合作机制；

四是提供关键的基础设施和支持；

五是推动经济增长；

六是维护国家安全；

七是继续发展国际交流合作。

同月，特朗普还签署总统备忘录，责成相关部门制定国家频谱战略，以引导美国未来几年的5G网络建设。根据法案，美将制定量子科技长期发展战略，实施为期10年的“国家量子计划”。政府未来5年内将斥资12.75亿美元开展量子信息科技研究，其中美国国家标准与技术研究院获资4亿美元，制定量子科技发展标准；国家科学基金会获资2.5亿美元，支持量子科技人才建设；能源部获资6.25亿美元，成立量子信息科研中心，加速科技攻关。此外，美将成立国家量子协调办公室，协调政府机构、学术和产业界，形成发展合力。

美国率先起跑，最先将量子技术列入国家战略、国防战略、国防和安全研发计划。相比其他国家，美国在量子技术方面比较注重量子计算机的硬件，20世纪末就由加州理工大学、麻省理工学院和南加州大学联合成立了量子信息与计算研究所。近年来，美国通过“量子信息科学和技术发展规划”等项目，持续支持量子通信和量子计算等前沿研究和应用，每年的研究经费投入达2亿美元。

4　英国在量子技术方面的成绩

英国历来十分重视量子科学的基础研究，基于前期研究成果近年来正逐步向基础研究和规模应用并重转变。2015年，英国先后发布《量子技术国家战略》和《英国量子技术路线图》，将量子技术发展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，并通过科学的顶层设计引导未来20年的量子技术研发与应用。

作为量子理论的发源地，欧洲希望通过量子技术旗舰计划的实施，引领全球第二次量子革命。2016年3月，欧盟委员会发布《量子宣言（草案）》，呼吁建立10亿欧元的量子技术旗舰计划，意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。

英国引领欧盟量子技术研究。英国国家物理实验室（NPL）郝玲教授介绍说，英国政府早在2013年就宣布将在此后5年内投资2.7亿英镑，加速量子技术的商业化进程；2015年9月发布了《英国量子技术路线图》；2016年12月发布的《量子技术：时代机会》报告认为人类正处在第二次量子革命的前夜，选定了原子钟、量子成像、量子传感器和测量、量子计算和模拟以及量子通信作为五大重点研发领域。英政府首席科学顾问马克·沃尔帕特表示，这些领域“具有生产新产品和服务的潜力与价值”。英国发布“国家量子技术计划”，投资2.7 亿英镑支持量子通信、传感、成像和计算四大研发中心。

据英国国家物理实验室研究员郝玲教授说：“英国是欧洲量子技术研究的先驱，政府在政策推动方面也极富远见。尤为重要的是，在自身重视量子标准研究的同时，它还以自己的经验和影响力，对欧盟量子技术旗舰计划的酝酿、四大支柱领域的甄选都产生了重要影响。”

据郝玲教授介绍，2013年英国国家物理实验室（NPL）专门成立了量子计量研究院，目前它正在进一步扩建为先进量子计量研究院——建立一批先进实验室，从固体物理和光学技术两个技术线路，加强对量子标准和传感器的研究。2016年4月欧盟发布了《量子宣言（草案）》，计划于2018年启动历时10年、投资规模为10亿欧元的量子技术旗舰项目。在该项目酝酿过程中，欧盟汲取了石墨烯旗舰项目没有把“石墨烯标准”放在重要地位的教训，借鉴了英国的经验。目前确定的四大支柱领域为：量子标准和传感器、量子计算机、量子通讯以及量子模拟。

郝玲教授认为，量子标准和传感器密不可分，只有使用基于量子原理的器件才能测定量子标准。量子技术产业的发展需要一套完整标准，依据标准把很多器件搭成一个系统；而每一个器件的组装、每一步运行，都需要标准支撑，唯如此才能最终达到系统的完整性。她说，欧盟甄选的四个领域具有代表性，对未来具有战略意义，有助其在全球竞争中占据有利地位。前三个领域缺一不可，而量子模拟则是在前三项基础上扩展到很多应用领域，如大数据管理、模拟新材料和化学反应过程，以及高温超导机理等。即便量子计算机目前暂时无法实现“量子霸权”所需的量子比特数，其运算速度和效率也大大超出传统计算机。

5　欧洲在量子技术方面的成绩

欧盟公布“量子宣言”，投资10亿欧元，支持量子计算、通信、模拟和传感四大领域的研究和应用推广。

《新闻周刊》刊登了一份来自欧洲的名为《量子宣言》的文件，宣言倡议：欧洲各国在量子技术领域建立一个雄心勃勃的项目，从而确保欧洲能够在目前正在发生的技术革命中处于领先地位。这番话出自于托马索·卡拉尔科（Tommaso Calarco），他是德国的量子科学技术集成组织总监和此宣言的作者之一。他预言：量子技术将带给人们从安全和通讯行业到健康和测量技术方面的影响，他也承认量子计算机在未来十年还无法成熟进入商品市场。

欧洲也不甘落后。欧洲较早意识到量子信息处理和量子通信技术的巨大潜力，从20世纪90年代欧盟第五研发框架计划开始，就持续对欧洲乃至全球的量子通信研究给予重点支持。为在新一轮量子革命中处于技术制高点，欧盟委员会于2016年发布了《量子宣言》，称将在2018年启动一项10亿欧元的量子技术旗舰计划。

6　日本在量子技术方面的成绩

日本每年投入2亿美元，规划在5到10年内建成全国性的高速量子通信网。日本也提出了以新一代量子通信技术为对象的长期研究战略，并计划在2020~2030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。日本邮政省自2001年开始开发量子通信技术，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推进其研发。日本国家信息与通信技术研究院的量子信息通信项目始于同期，主要任务是为构建无条件安全和超大容量通信基础设施提供技术基础，而作为该项目的组成部分，Tokyo QKD网络已于2010年10月正式建立。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。

日本还成立了量子信息和通信研究促进会，计划十年内投资400亿日元，支持量子通信和计算等领域的研发攻关。

7　结语

量子理论与相对论被认为是20世纪物理学理论的两大划时代进展，它对当今科学技术和经济的发展产生了无与伦比的影响。量子力学促进了20世纪的科学技术，也引发了计算、传感、计量、密码等的技术革命。可以说，量子理论开创了量子技术的新时代。

2018年以来，全球推动量子科技发展热情空前高涨。9月，美国白宫科技政策办公室和国家科学技术委员会发布《量子信息科学国家战略概述》，指出量子科技将引领下一场科技革命，给国家安全、经济发展、基础科研等带来重大变革，建议采取国家战略推动量子科技发展。10月，欧盟正式开启为期10年、耗资10亿欧元的“量子旗舰”技术研究计划，正式启动该计划20个科研项目，首批投资1.32亿欧元。目前，全球量子争霸赛呈现出白热化状态，中国从事科学技术创新创业的人们，必须高度关注。力争上游，在量子革命中成为“弄潮争先”的先锋。

“加快建设创新型国家，瞄准世界科技前沿，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破，建设科技强国。”十九大报告为新时期实现科技现代化作出了战略部署，我们中国的科学界团队也对于量子信息科技发展有了新的规划。相信不久的将来，会有更多更好的量子信息科技的成果陆续问世，给人们的生产生活带来更高质量的量子产品与生活方式。

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作者简介：

孙柏林（1936-），男，湖北黄陂人，军事科学院研究员，少将军衔，我国自动控制系统与军事系统工程专家，中国自动化学会专家咨询工作委员会名誉主任。

摘自《自动化博览》2019年2月刊