編者按 2021年是“十四五”開局之年。這一年，我國(guó)開啟了全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的新征程，向第二個(gè)百年奮斗目標(biāo)進(jìn)軍。
站在新的起點(diǎn)，我們邀請(qǐng)行業(yè)權(quán)威專家、兩會(huì)代表委員，針對(duì)“十四五”規(guī)劃瞄準(zhǔn)的前沿領(lǐng)域，分析人工智能、量子信息、生命健康等的發(fā)展趨勢(shì)，找出突破關(guān)鍵點(diǎn)，展望我國(guó)科技的輝煌未來(lái)。
全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”成功發(fā)射，世界首條量子保密通信干線“京滬干線”正式開通，量子計(jì)算原型機(jī)“九章”實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”…… 近年來(lái)，中國(guó)在量子科技領(lǐng)域捷報(bào)頻傳。
20世紀(jì)初建立的量子力學(xué)是人類歷史上最偉大的科學(xué)革命之一。隨著量子力學(xué)的建立而催生的第一次量子革命，帶來(lái)了原子能、半導(dǎo)體、激光、核磁共振、超導(dǎo)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等重大技術(shù)的發(fā)明，從根本上改變了人類的生活方式和社會(huì)面貌。
隨著量子調(diào)控技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)90年代以來(lái)，人們可以對(duì)光子、原子等微觀粒子進(jìn)行主動(dòng)的精確操縱，人類認(rèn)識(shí)和改造世界的實(shí)踐達(dá)到了一個(gè)新的歷史高度。量子科技可以在保障信息安全、提高運(yùn)算速度、提升測(cè)量精度等方面突破經(jīng)典技術(shù)的瓶頸，成為信息、能源、材料和生命等領(lǐng)域重大技術(shù)創(chuàng)新的源泉，為保障國(guó)家安全和支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供核心戰(zhàn)略力量。
習(xí)近平總書記曾指出，量子科技發(fā)展具有重大科學(xué)意義和戰(zhàn)略價(jià)值，是一項(xiàng)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，將引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革方向。
“當(dāng)前，以量子信息為代表的量子科技正在不斷形成新的科學(xué)前沿，激發(fā)革命性的科技創(chuàng)新，孕育對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生巨大影響的顛覆性技術(shù)。該領(lǐng)域的迅猛發(fā)展標(biāo)志著第二次量子革命的興起?！?月25日，全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉院士在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示。
領(lǐng)跑、并跑、跟跑并存
我國(guó)高度重視量子信息科技的發(fā)展，在量子信息科技領(lǐng)域突破了一系列重要科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵核心技術(shù)，產(chǎn)出了一批具有重要國(guó)際影響力的成果。
“總體而言，我國(guó)在量子通信的研究和應(yīng)用方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位，在量子計(jì)算方面與發(fā)達(dá)國(guó)家處于同一水平線，在量子精密測(cè)量方面發(fā)展迅速。”潘建偉說(shuō)。
他表示，量子通信的發(fā)展目標(biāo)是構(gòu)建全球范圍的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系。通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)、通過(guò)中繼器實(shí)現(xiàn)鄰近兩個(gè)城市之間的連接、通過(guò)衛(wèi)星平臺(tái)的中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)遙遠(yuǎn)區(qū)域之間的連接，是廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展路線。
我國(guó)的城域量子通信技術(shù)已初步滿足實(shí)用化要求，我國(guó)建成了國(guó)際上首條遠(yuǎn)距離光纖量子保密通信骨干網(wǎng)“京滬干線”，在金融、政務(wù)、電力等領(lǐng)域開展遠(yuǎn)距離量子保密通信的技術(shù)驗(yàn)證與應(yīng)用示范。在衛(wèi)星量子通信方面，我國(guó)研制并發(fā)射了世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了星地量子通信，首次實(shí)現(xiàn)了洲際量子通信，充分驗(yàn)證了基于衛(wèi)星平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全球化量子通信的可行性。
“量子科技從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的過(guò)程中，需要經(jīng)歷基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、工程化集成與驗(yàn)證等階段，然后才能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用?！迸私▊?qiáng)調(diào)?！熬删€”和“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星等，都是基于我國(guó)前期十余年的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究成果而進(jìn)行的工程化集成與驗(yàn)證項(xiàng)目，對(duì)核心器件的自主研發(fā)、相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定和未來(lái)規(guī)?；膽?yīng)用起到了良好的推動(dòng)作用。
量子計(jì)算研究的核心任務(wù)是多量子比特的相干操縱。當(dāng)前，量子計(jì)算研究已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“量子優(yōu)越性”，即量子計(jì)算機(jī)對(duì)特定問(wèn)題的計(jì)算能力超越傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)，達(dá)到這一目標(biāo)需要約50個(gè)量子比特的相干操縱。
2020年，潘建偉和陸朝陽(yáng)等學(xué)者研制成功76個(gè)光子的量子計(jì)算原型機(jī)“九章”，推動(dòng)了全球量子計(jì)算的前沿研究達(dá)到一個(gè)新高度，繼谷歌“懸鈴木”量子計(jì)算機(jī)之后，我國(guó)首次成功實(shí)現(xiàn)“量子計(jì)算優(yōu)越性”的里程碑式突破。
然而，“我國(guó)在量子精密測(cè)量領(lǐng)域起步較晚，整體上相比發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定的差距，但近年來(lái)已經(jīng)迅速縮小了差距，在若干研究方向上與公開報(bào)道的國(guó)際最高水平相當(dāng)?！迸私▊フf(shuō)。
各國(guó)搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)
量子信息科技是國(guó)內(nèi)外科技創(chuàng)新的必爭(zhēng)之地，世界各大國(guó)龍爭(zhēng)虎斗，力圖搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
2018年12月，美國(guó)啟動(dòng)了為期10年的《國(guó)家量子行動(dòng)法案》，在2019—2023年期間增加投入約13億美元，連同其他常規(guī)性投入，5年政府投入達(dá)30億美元；美國(guó)還將在2022年之前把量子科技的研發(fā)資金增加一倍，以確保其全球領(lǐng)導(dǎo)地位；歐盟于2018年10月正式實(shí)施“量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目”，連同各成員國(guó)的配套，總經(jīng)費(fèi)超過(guò)40億歐元；英國(guó)于2016年啟動(dòng)“國(guó)家量子技術(shù)專項(xiàng)”，迄今總投入已超過(guò)10億英鎊；2018年9月，德國(guó)政府通過(guò)“量子技術(shù)：從基礎(chǔ)到市場(chǎng)”國(guó)家量子技術(shù)框架計(jì)劃，在2018—2022年內(nèi)投入6.5億歐元，在新冠肺炎疫情后又追加了20億歐元：今年1月，法國(guó)宣布啟動(dòng)量子技術(shù)國(guó)家戰(zhàn)略，并計(jì)劃5年內(nèi)投資18億歐元。
與此同時(shí)，西方國(guó)家的大型高科技企業(yè)及產(chǎn)業(yè)資本也在積極投入，加速進(jìn)行戰(zhàn)略部署。谷歌于2013年與美國(guó)國(guó)家航空航天局、加州大學(xué)圣芭芭拉分校聯(lián)合成立了量子人工智能實(shí)驗(yàn)室；IBM早在2014年就宣布投資30億美元開展量子計(jì)算等下一代計(jì)算技術(shù)開發(fā)；微軟于2014年與哈佛大學(xué)、玻爾研究所等組建量子設(shè)計(jì)與量子計(jì)算研究中心；英特爾于2016年宣布與荷蘭代爾夫特理工大學(xué)合作開發(fā)新型量子計(jì)算機(jī)。
“更緊迫的是，在量子信息科技領(lǐng)域，西方國(guó)家開始加大對(duì)我國(guó)的限制?！迸私▊フf(shuō)。2017年，美國(guó)商務(wù)部將“專門設(shè)計(jì)（或改造）以用于實(shí)現(xiàn)或使用量子密碼”的商品明確列入出口管制清單；于2018年11月開始管制14項(xiàng)涉及國(guó)家安全和前沿科技的技術(shù)出口，其中包括量子密碼、量子計(jì)算及量子傳感。其他一些國(guó)家也開始將相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備和器件列入對(duì)我國(guó)的禁運(yùn)范圍。
我國(guó)有望成信息技術(shù)引領(lǐng)者
為應(yīng)對(duì)量子信息領(lǐng)域激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，牢固掌握未來(lái)的發(fā)展主動(dòng)權(quán)和創(chuàng)新主動(dòng)權(quán)，黨中央高度重視該領(lǐng)域的資源整合和協(xié)同創(chuàng)新。十九屆五中全會(huì)通過(guò)的《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》明確指出，瞄準(zhǔn)人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學(xué)、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領(lǐng)域，實(shí)施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的國(guó)家重大科技項(xiàng)目。
在談到我國(guó)量子信息科技未來(lái)10到15年的總體發(fā)展目標(biāo)時(shí)，潘建偉表示，在量子通信領(lǐng)域，要繼續(xù)保持和擴(kuò)大我國(guó)的領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建完整的空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)量子通信網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫銜接，為形成具有國(guó)際引領(lǐng)地位的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ)；在量子計(jì)算領(lǐng)域，要確立和鞏固我國(guó)在全球第一方陣的地位，有效解決大尺度量子系統(tǒng)的效率問(wèn)題，研制對(duì)特定問(wèn)題的求解能力全面超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算機(jī)的專用量子模擬機(jī)，并為最終實(shí)現(xiàn)通用量子計(jì)算機(jī)探索出一條切實(shí)可行的道路；在量子精密測(cè)量領(lǐng)域，我國(guó)要力爭(zhēng)進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平行列，突破與導(dǎo)航、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、科學(xué)研究等領(lǐng)域密切相關(guān)的一系列量子精密測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)，研制一批重要的量子精密測(cè)量設(shè)備。
潘建偉表示，以量子信息為主導(dǎo)的第二次量子革命正在向我們走近，我國(guó)迎來(lái)了一個(gè)成為未來(lái)信息技術(shù)引領(lǐng)者的歷史機(jī)遇。在國(guó)際上率先掌握能夠形成先發(fā)優(yōu)勢(shì)、引領(lǐng)未來(lái)發(fā)展的顛覆性技術(shù)，率先建立下一代安全、高效、自主、可控的信息技術(shù)體系，推動(dòng)我國(guó)信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的大幅提升，迅速趕超世界傳統(tǒng)強(qiáng)國(guó)，是我國(guó)量子信息領(lǐng)域的重要使命。（記者 陸成寬）
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