2024政府工作報告提出，積極培育新興產業和未來產業，制定未來產業發展規劃，開辟量子技術新賽道。量子信息技術是培育未來產業、構建新質生產力、推動高質量發展的重要方向之一，主要包括量子計算、量子通信和量子測量三個主要領域，由于量子計算具備實現計算能力跨越式發展的可能性，因此量子計算是當中受關注度極高的領域。隨著云計算、人工智能等領域的發展，社會對算力的需求不斷增長，量子計算發展將會迎來重大的機遇和廣闊的空間。經過40多年的發展，量子計算已逐步從基礎理論研究走向理論與應用研究并行的階段。
一、量子計算成為新一輪技術競爭焦點
中國和美國處于量子計算發展第一梯隊，兩國均對量子計算技術給予高度關注，在政策層面持續加碼，并通過政策扶持和資金投入推動量子計算發展。
//光量子干涉實物圖?(中國科學技術大學供圖?攝影：馬瀟漢，梁競，鄧宇皓)
中國已將量子信息技術作為最高技術優先事項之一。中國高度重視量子計算發展，在“十四五”規劃中提出“瞄準人工智能、量子信息、集成電路、生命健康、腦科學、生物育種、空天科技、深地深海等前沿領域，實施批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目”，將量子信息列為與人工智能、集成電路等同等重要的技術。在2022年中央經濟工作會議中首次明確提出加快量子計算等前沿技術的研發和應用推廣。安徽、上海、廣東、深圳等省市也出臺政策，支持和培育量子計算產業發展。據ICV TA&K和光子盒研究院聯合統計的2018-2022年各國政府量子信息科技的投資顯示，中國在量子科技領域總共投資63億美元，位列全球第一，可見我國對量子信息技術的重視程度。
美國將量子信息視為涉及國家安全利益的關鍵技術。去年，拜登政府簽署行政令將將量子信息技術視為與半導體和微電子、人工智能同等重要的技術，并將其界定為涉及美國國家安全利益的軍民兩用敏感技術和產品[1]，同時也禁止美國實體在相關領域與中國大陸、香港和澳門實體進行交易和投資。在技術投入方面，2018年簽署的《國家量子倡議法案》（NQI法案），計劃在2019-2023年間投入12.75億美元用于量子項目研發，旨在加速美國量子信息技術發展，但據《NQI 2023年報》顯示，該法案5年間實際投資高達37.38億美元，幾乎為原計劃的三倍。2023年11月，美國眾議院科學、空間和技術委員會通過《國家量子計劃重新授權法案》，支持將NQI法案期限延長至2028財年。
在技術布局上，中美兩國均全面布局了量子計算主要技術路線。作為前沿技術，量子計算目前呈現多種技術路線并行發展的情況，主要包括超導量子、光量子、離子阱、半導體和中性原子等。在技術路線布局方面，根據ICV TA&K和光子盒研究院《2024全球量子計算產業發展展望》數據顯示，美國是整機公司分布最廣且數量最多的國家，中國整機公司數量無明顯落后、技術分布相似。
圖 中美整機硬件企業各技術路線分布
參考資料：《2024全球量子計算產業發展展望》
在技術發展上，美國領跑、中國追趕，兩國各具優勢。我國作為量子技術追趕者，近年來在量子計算領域加大政策支持，在一些領域中已接近甚至超越美國。量子比特數量、量子體積、邏輯門保真度、量子糾錯和糾纏比特數等是評估量子計算能力的關鍵指標。量子比特數量上，超導量子路線中，量子比特數量最高的是美國公司IBM發布的量子計算處理器Condor，擁有1121個量子比特；光量子路線中，中國中科大等團隊合作研發的光量子計算原型機“九章三號”可操縱255個光子，是該路線中量子比特數量之最。量子糾錯方面，美國Google團隊和中國南方科技大學先后宣布突破量子糾錯盈虧平衡點，實現糾錯編碼規模與相干時間、錯誤率等性能指標的正增益。糾纏比特數量上，中國科學技術大學與北京大學合作，成功實現了51個超導量子比特簇態制備和驗證，刷新了所有量子系統中真糾纏比特數目的世界紀錄。
二、我國在量子計算核心器件和生態構建上仍有差距
盡管在量子計算機核心進展方面，我國的光量子計算路線已經處于領先水平，部分關鍵領域也處于國際前沿，但是在核心器件研發和生態建設上，仍存在一定差距。
（一）我國缺少量子計算核心器件和設備方面核心技術
不同技術路線對于設備有不同的需求，這也加大了設備研發的難度。以超導量子計算路線為例，超導量子計算需要在接近-273.15攝氏度的極低溫的環境中運行，稀釋制冷機是提供極低溫的關鍵設備。中國起步較晚，通過持續投入研發，已成功研制出高性能指標的無液氦稀釋制冷機，如中科院物理所研發的無液氦稀釋制冷機，連續運行最低溫度達到7.5mK，制冷量達到450μW@100mK，但在脈管制冷機、核心部件蒸餾室等核心技術上，與國際前沿仍有一定差距。
（二）我國量子計算云平臺發展較為落后
目前，量子計算主要通過云平臺為用戶提供量子處理器和量子模擬器。量子計算發展仍處于起步階段，標準制定尚未成熟，難以形成行業壁壘，但云計算平臺作為量子計算生態系統中的重要一環，云平臺降低量子計算技術應用門檻的同時，也推動了量子計算商業化，有可能在未來形成生態壁壘。國際上較為常見的三家量子計算云平臺分別是IBM的IBM Q Experience、微軟的Microsoft Azure Quantum和亞馬遜的Amazon Braket，均為美國企業提供的平臺，這當中處于領先地位的是IBM提供的IBM Q Experience，在性能、技術等方面都具備優勢。另外，IBM、微軟等科提供云平臺的科技巨頭可以通過用戶數據進一步優化相關技術，增加未來在標準制定上的影響力和話語權，進而在量子計算領域形成難以突破的生態性壁壘。相較而言，中國企業的云計算平臺在數量和性能方面均有所不及。
三、布局未來，前瞻性、戰略性發展量子計算技術
（一）補短板，確保核心技術設備安全自主可控
量子計算是人類科技能力極限的系統工程，涉及多個學科的極限水平集成，需要不同領域、不同專業的合作。雖然在前沿技術探索中，我國已處于國際第一梯隊，部分領域更是國際領先，但支撐量子計算發展的核心設備和技術方面存在明顯的差距。量子計算的技術路線未呈現收束的趨勢，或許未來會形成各路線基于自身優勢應對不同任務的情況。各路線并行發展也導致出現了多條不相互依賴的供應鏈。一方面，中國需要注重規劃和布局，關注各技術路線發展情況，同時避免低水平重復建設；另一方面，需要加強跨學科合作，各領域企業和人才加強合作、聯合攻關。
（二）建生態，推動國產云平臺發展
量子計算機昂貴的價格和使用限制導致大部分使用者選擇通過云平臺使用量子計算。目前，華為、本源量子、國盾量子、中電信量子集團等中國企業也推出了云平臺，但僅提供了超導量子路線，技術路線覆蓋范圍不足。未來，中國需要加強政策引導，支持企業提升云平臺的性能、覆蓋范圍等，構建起以量子計算云平臺為核心的生態系統，逐步增強國產云平臺的國際影響力，突破并超越國際科技巨頭可能形成的技術封鎖。
（三）促落地，加強“產學研”聯動
通過對比可以發現，IBM、Google等科技巨頭是美國量子計算發展的中堅力量，但當中也有高校和研發機構身影，企業和高校建立了良好的合作，確保美國保持量子計算發展的領先優勢。雖然中國量子計算領域內涌現出了不少技術處于國際前沿的企業，但高校和研發機構仍是中國發展量子計算的主要力量。企業在推動技術轉化應用方面更具備優勢，中國需要支持和鼓勵更多有能力的企業參與到量子計算發展中，發揮企業在推動技術應用和構建產業生態方面的優勢，推動量子計算發展。
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