在全球科技發(fā)展領(lǐng)域，量子技術(shù)乃是具有顛覆性的尖端技術(shù)形態(tài)，并正在以巨大的功力引領(lǐng)著科技革命的前行腳步；在全球產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，量子技術(shù)乃是具有創(chuàng)新性的前沿技術(shù)勁旅，并正在以強(qiáng)大的能量催生出未來產(chǎn)業(yè)的恢弘格局；在全球經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域，量子技術(shù)乃是具有決勝性的戰(zhàn)略技術(shù)法寶，并正在以驚人的速度重塑著國家經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)弱版圖。從科技攻關(guān)，到工程研發(fā)；從應(yīng)用探索，到產(chǎn)業(yè)培育；從基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，到自主產(chǎn)品開發(fā)，全球主要經(jīng)濟(jì)體正在圍繞著步入關(guān)鍵時(shí)期的量子技術(shù)展開激烈競(jìng)賽與博弈。

沿著三條主線演進(jìn)

學(xué)術(shù)上對(duì)量子的定義是“離散變化的最小單元”，通俗地講就是對(duì)物質(zhì)或物理量進(jìn)行不斷分割，直至不能分割為止，此時(shí)形成的最小單元就是“量子”，比如光子就是光能量的最小單元，而宇宙間最小的物質(zhì)是夸克，光子與夸克便是量子。因此，量子既是一個(gè)物理概念，也是一個(gè)數(shù)學(xué)概念，它代表的是所有物質(zhì)與物質(zhì)量的最小單位，采用的是信息量最小計(jì)量單位比特表示，如1個(gè)量子比特、2個(gè)量子比特等。

作為一門新興的物理和工程領(lǐng)域，量子技術(shù)的基礎(chǔ)是量子力學(xué)原理，這些原理包括量子糾纏、量子疊加、量子相干以及量子隧穿等。目前來看，量子技術(shù)研究主要沿著量子計(jì)算、量子通信和量子測(cè)量等三大路徑展開，簡潔地說，量子計(jì)算指的是信息的處理，量子通信指的是信息的傳輸，而量子測(cè)量指的是信息的采集，且三者之間存在著緊密相連的邏輯關(guān)系，沒有量子測(cè)量與量子通信，量子計(jì)算在內(nèi)容上將變得殘缺不全；而失去量子計(jì)算，量子通信與量子測(cè)量的價(jià)值也會(huì)無從表現(xiàn)。

量子計(jì)算主要建立在量子疊加原理基礎(chǔ)之上。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的比特即經(jīng)典比特只能處于0或1的不同狀態(tài)，也就是要么0，要么1，而在量子計(jì)算機(jī)里，量子比特具有疊加特征，它可以表示0也可以表示1，更可以表示0和1的疊加，即可以同時(shí)處于0和1的線性組合。相應(yīng)地，量子計(jì)算機(jī)不僅要比電子計(jì)算機(jī)的信息存儲(chǔ)功能強(qiáng)大得多，運(yùn)算速度也更迅疾，算力更卓越，一個(gè)攜帶250個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)，可存信息量比現(xiàn)有已知的宇宙中全部原子數(shù)目還要多，使用目前最快的電子計(jì)算機(jī)大概需要5萬年才能完成的計(jì)算任務(wù)，量子計(jì)算機(jī)只需4小時(shí)就能輕松搞定，而且量子計(jì)算機(jī)里可操縱的量子比特?cái)?shù)量越多，存儲(chǔ)能力就越強(qiáng)，算力也越優(yōu)秀。

量子通信主要運(yùn)用的是量子糾纏原理。所謂量子糾纏，就是兩個(gè)具有“心靈感應(yīng)”的量子無論相距多么遙遠(yuǎn)，一個(gè)量子狀態(tài)變化，另一個(gè)也會(huì)瞬間隨之改變。不同于傳統(tǒng)方式搭建出的密碼容易被破譯，借助于量子糾纏特性，量子通信可以組建出根本無法破解的密碼體系，這是因?yàn)榱孔油ㄐ旁谶M(jìn)行量子密鑰分發(fā)（QKD）即信息傳輸時(shí)，兩地或多地的用戶可以共享安全的密鑰，并可利用該密鑰對(duì)信息進(jìn)行一次又一次的嚴(yán)格加密，從而使得密匙不可被跟蹤與監(jiān)聽，更不能被復(fù)制與探測(cè)；除QKD技術(shù)之外，QT（量子隱形傳態(tài)）也是支撐量子通信的一個(gè)重要技術(shù)分枝。QT指?jìng)鬏斄孔討B(tài)（量子信息）的時(shí)候，不像經(jīng)典通信那樣需發(fā)射電磁波，這樣更具隱蔽性，更容易屏蔽所有外部環(huán)境的干擾，從而使得信息的傳輸更具穩(wěn)定性與真實(shí)性，完全不會(huì)發(fā)生中途攔截或者惡意篡改的現(xiàn)象，正是如此，量子通信被視為信息傳輸“絕對(duì)安全”的回歸。

量子測(cè)量主要依賴的是量子隧穿原理。顧名思義，量子隧穿就是指量子測(cè)量技術(shù)可以穿越任何的物質(zhì)量，即使是微觀的粒子也可穿入，而且穿入的廣度、高度相比經(jīng)典的測(cè)量會(huì)大大延伸。除延展測(cè)量視域外，量子隧穿原理還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量測(cè)量和信息獲取的高精度、高分辨率以及高穩(wěn)定度，技術(shù)可精細(xì)到納米、亞納米量級(jí)，由于超高的分辨率與靈敏度，量子測(cè)量可以準(zhǔn)確無誤地展開缺陷探測(cè)，甚至在1000億個(gè)正常原子中出現(xiàn)一個(gè)缺陷也能探測(cè)到；另外，量子測(cè)量的精密性還體現(xiàn)在量子授時(shí)方面，即對(duì)時(shí)間同步精度的提升使得測(cè)量信息的傳遞過程可實(shí)現(xiàn)最小的時(shí)頻錯(cuò)差，乃至可以達(dá)到了100億年只差一秒的精度。一般而言，量子測(cè)量在運(yùn)用量子傳感比如量子磁力計(jì)、重力儀等對(duì)物理量進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)，會(huì)生成量子成像，發(fā)送端與接收端的量子授時(shí)的誤差越小，量子測(cè)量的成果越精密。

廣袤的應(yīng)用空間與落地場(chǎng)景

作為一門新興學(xué)科，量子技術(shù)涉及物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，同時(shí)作為綜合性學(xué)科,量子技術(shù)也涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的交叉研究。理論上說，跨學(xué)科與跨門類越廣泛的技術(shù)，滲透性與覆蓋性越強(qiáng)，實(shí)際效用價(jià)值更多元與更顯著，特別隨著近幾年量子技術(shù)的不斷突破，量子產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出快速成型趨勢(shì)，應(yīng)用場(chǎng)景也逐漸向縱深拓展，量子技術(shù)在許多行業(yè)的表現(xiàn)異常活躍，并展示出十分廣闊的商業(yè)前景。

在量子計(jì)算應(yīng)用上，更大更強(qiáng)的存儲(chǔ)以及更優(yōu)更快的算法支持量子計(jì)算為生產(chǎn)制造和組織管理提供快速有效的解決方案，其中金融行業(yè)不僅可以借助量子計(jì)算進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè)、降低風(fēng)險(xiǎn)和增加收益，也能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品定價(jià)、交易結(jié)算以及資產(chǎn)分配的優(yōu)化；而在制藥行業(yè)，量子計(jì)算可以用來研究新藥的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)，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)；在氣象行業(yè)，量子計(jì)算可以用來快速、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。現(xiàn)實(shí)來看，谷歌正在與世界最大私有制藥企業(yè)勃林格殷格翰合作研究量子計(jì)算藥物研發(fā)。

在量子通信應(yīng)用上，從政府機(jī)構(gòu)，到軍事組織，再到市場(chǎng)各個(gè)行業(yè)，都可以借助量子密匙實(shí)現(xiàn)信息加密和數(shù)據(jù)解密，除各類靜態(tài)數(shù)據(jù)的安全性與可靠性得到大幅提升外，量子密鑰也是一種流動(dòng)資源，可以與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等諸多領(lǐng)域的安全需求結(jié)合，進(jìn)而形成各類信息安全應(yīng)用解決方案，可以說量子通信技術(shù)為所有有效的數(shù)據(jù)穿上了精密無縫的堅(jiān)硬鎧甲。另一方面，基于量子糾纏原理，量子通信技術(shù)可以準(zhǔn)確掌握廣袤空間甚至?xí)邕h(yuǎn)宇宙中的量子物的運(yùn)動(dòng)情況，海陸空的全域交通管理以及衛(wèi)星、宇宙飛船等飛行物的發(fā)射運(yùn)行都將變得更為便捷且富有極大的安全性保障。

在量子測(cè)量應(yīng)用上，由于保持著對(duì)險(xiǎn)惡環(huán)境的強(qiáng)大抗逆性，且能夠排除極端惡劣因素的干擾，量子測(cè)量顯而易見地可以大大拓展人類對(duì)資源勘探開采的廣度與深度；受益于量子測(cè)量的高精密性特征，諸如電網(wǎng)監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、衛(wèi)星導(dǎo)航、水下定位和引力波探測(cè)等業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確性和精確度都將大幅提升，如量子測(cè)量用于生命科學(xué)領(lǐng)域，能精確分析血液中極微量物質(zhì)含量；用于超導(dǎo)材料的研發(fā)，能實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的表面磁性分布成像；用于水下探測(cè)，可將定位精度從傳統(tǒng)的100天誤差數(shù)百公里級(jí)壓縮至100天誤差小于公里量級(jí)；用于衛(wèi)星導(dǎo)航，量子慣性導(dǎo)航比GPS（全球定位系統(tǒng)）或GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）等經(jīng)典慣性導(dǎo)航的精度要高出100倍之多，而且對(duì)于那些GNSS無能為力的地下或水下環(huán)境，量子慣性導(dǎo)航均可大顯神威。

據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）預(yù)測(cè)，到2050年，全球量子技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模將飆升至2600億美元。但必須強(qiáng)調(diào)的是，目前所有的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)都是基于量子技術(shù)在專業(yè)化市場(chǎng)的應(yīng)用，而量子技術(shù)的民用化也是大勢(shì)所趨，如C端通用量子計(jì)算機(jī)的問世，量子通信與量子測(cè)量搭載于更廣泛的私用載具上等，由此引爆的增量市場(chǎng)規(guī)模將更為龐大。另外，被視為第四次科技革命的人工智能剛剛啟航，數(shù)據(jù)和算力是其最重要的基礎(chǔ)，借助于量子測(cè)量傳輸?shù)暮Ａ啃畔ⅲ揽苛孔佑?jì)算的迅疾算速，加之量子通信的安全護(hù)航，人工智能的應(yīng)用步伐將大幅提速，最終產(chǎn)生出的商業(yè)價(jià)值將無法估量。

搶占量子科技國際競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)

量子技術(shù)不僅能夠生成戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)與未來產(chǎn)業(yè)，而且能夠向其他行業(yè)滲透并對(duì)所及產(chǎn)業(yè)展開技術(shù)賦能，既促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)容，也拉動(dòng)了產(chǎn)業(yè)層次的升級(jí)，并有力提升產(chǎn)業(yè)的技術(shù)含量，正是如此，量子技術(shù)事關(guān)一個(gè)國家未來的國際產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力水平與能級(jí)；不僅如此，各國的經(jīng)濟(jì)、政治以及軍事安全與量子技術(shù)存在緊密關(guān)聯(lián)，甚至可以說量子技術(shù)直接決定著一國在全球多元力量角逐中的安危命運(yùn)；基于此，集群式加入量子技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)賽道并搶先展開產(chǎn)業(yè)布局，成為了主要國家的一致性戰(zhàn)略矢量。

一是頂層設(shè)計(jì)導(dǎo)引先行。作為全球首個(gè)在宏觀層面創(chuàng)建量子技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略的國家，英國政府早在10年前就發(fā)布了“國家量子技術(shù)計(jì)劃”，截至目前已經(jīng)成立4個(gè)國家量子技術(shù)中心。兩年之后，歐盟宣布將量子技術(shù)作為新的旗艦科研項(xiàng)目。美國政府將量子技術(shù)相關(guān)計(jì)劃命名為“微型曼哈頓計(jì)劃”，比肩大名鼎鼎的原子彈項(xiàng)目“曼哈頓計(jì)劃”。另外，加拿大政府也宣布制定國家量子戰(zhàn)略，并專門組建了量子工業(yè)部，同時(shí)日本也在文部科學(xué)省設(shè)置了對(duì)量子技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理的專門機(jī)構(gòu)。據(jù)第三方數(shù)據(jù)，除G7（七國集團(tuán)）均已全部署量子技術(shù)研發(fā)計(jì)劃外，瑞典、荷蘭、印度、澳大利亞、丹麥和韓國等都已實(shí)質(zhì)性啟動(dòng)了本國的量子戰(zhàn)略，與此同時(shí)，作為量子技術(shù)賽道的一支勁旅，中國政府先后將量子技術(shù)列入“十三五”和“十四五”規(guī)劃，并納入科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目范圍。

二是專項(xiàng)投資加速擴(kuò)容。除了基層理論的拓展與突破離不開資金的支持外，量子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用以及商業(yè)化探索同樣需要足夠財(cái)力的輔助，因此，政策層面為量子技術(shù)加熱造勢(shì)的同時(shí)，各國政府在資金投入上更是不遺余力。自從啟動(dòng)為期10年的《國家量子行動(dòng)法案》以來，美國政府的專項(xiàng)投資已累計(jì)達(dá)到45億美元，這還不包括伊利諾伊州等州政府10多億美元的投資；歐盟的“量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目”實(shí)施至今，連同各成員國的配套，總經(jīng)費(fèi)支出已超過40億歐元；作為“國家量子技術(shù)計(jì)劃”的支點(diǎn)，英國在該計(jì)劃頒布的兩年后便啟動(dòng)“國家量子技術(shù)專項(xiàng)”，迄今總投入已超過21億英鎊；日本雖在量子技術(shù)研究方面有點(diǎn)不溫不火，但過去10年的總投資也超過400億日元。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的報(bào)告，至2023年，全球量子技術(shù)的投資規(guī)模達(dá)386億美元，其中中國投資總額150億美元，位居全球第一。

三是官產(chǎn)學(xué)集體聯(lián)動(dòng)。整合科技資源，集中力量突破，政府機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)組織與學(xué)術(shù)界加速融合與聯(lián)手，尤其是依托頭部企業(yè)的主導(dǎo)力量，實(shí)施研發(fā)和應(yīng)用“雙向驅(qū)動(dòng)”，最終直接關(guān)聯(lián)出新產(chǎn)品的迭代升級(jí)，已成主要國家推進(jìn)量子技術(shù)研究與應(yīng)用的核心路徑。谷歌早在2013年就與美國國家航天局、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，次年微軟與哈佛大學(xué)、玻爾研究所等攜手組建量子設(shè)計(jì)與量子計(jì)算研究中心，英特爾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)；作為另一條力量整合線路，加拿大的量子工業(yè)部集合了24家專門從事量子領(lǐng)域的加拿大硬件和軟件公司，德國漢堡啟動(dòng)了名為“量子創(chuàng)新之都”的量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟，而澳大利亞也在國家最高機(jī)構(gòu)澳大利亞技術(shù)委員會(huì)下成立了澳大利亞量子聯(lián)盟。

更令人有點(diǎn)意外的是，“藍(lán)色巨人”IBM競(jìng)牽頭創(chuàng)建了國際性主流量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，美國、日本、韓國、德國、澳大利亞等230多家企業(yè)參與其中，合縱連橫之勢(shì)清晰可見。依靠強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)力量，谷歌在2019年就成功演示了“量子霸權(quán)”（計(jì)算機(jī)算速最為領(lǐng)先便可視為“量子霸權(quán)”），旗下的“西克莫”量子計(jì)算機(jī)僅用200秒就完成傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)需要1萬年才能完成的任務(wù)；2022年11月，IBM推出了擁有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；2023年12月，IBM又推出了世界第一臺(tái)擁有超過1000個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)。

數(shù)據(jù)顯示，日本東芝、韓國SKT、中國電信與華為等ICT（信息與通信技術(shù)）巨頭都成立了相關(guān)量子保密通信研發(fā)團(tuán)隊(duì)，全球成立的量子技術(shù)專業(yè)公司超過2000家，覆蓋所有技術(shù)路線和行業(yè)潛在應(yīng)用方向。

（作者系中國市場(chǎng)學(xué)會(huì)理事、經(jīng)濟(jì)學(xué)教授）

    作者：張銳    責(zé)編：任紹敏  轉(zhuǎn)自第一財(cái)經(jīng)