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，并正在以強大的能量催生出未來產(chǎn)業(yè)的恢弘格局；在全球經(jīng)濟競爭領(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)濟的強弱版圖。從科技攻關(guān)，到工程研發(fā)；從應用探索，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)濟體正在圍繞著步入關(guān)鍵時期的量子技術(shù)展開激烈競賽與博弈。

沿著三條主線演進

學術(shù)上對量子的定義是“離散變化的最小單元”，通俗地講就是對物質(zhì)或物理量進行不斷分割，直至不能分割為止，此時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，量子既是一個物理概念，也是一個數(shù)學概念，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量單位比特表示，如1個量子比特、2個量子比特等。

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算、量子通信和量子測量等三大路徑展開，簡潔地說，量子計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，沒有量子測量與量子通信，量子計算在內(nèi)容上將變得殘缺不全；而失去量子計算，量子通信與量子測量的價值也會無從表現(xiàn)。

量子計算主要建立在量子疊加原理基礎(chǔ)之上。傳統(tǒng)計算機中的比特即經(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，而在量子計算機里，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，即可以同時處于0和1的線性組合。相應地，量子計算機不僅要比電子計算機的信息存儲功能強大得多，運算速度也更迅疾，算力更卓越，一個攜帶250個量子比特的量子計算機，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算機大概需要5萬年才能完成的計算任務，量子計算機只需4小時就能輕松搞定，而且量子計算機里可操縱的量子比特數(shù)量越多，存儲能力就越強，算力也越優(yōu)秀。

量子通信主要運用的是量子糾纏原理。所謂量子糾纏，就是兩個具有“心靈感應”的量子無論相距多么遙遠，一個量子狀態(tài)變化，另一個也會瞬間隨之改變。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，這是因為量子通信在進行量子密鑰分發(fā)（QKD）即信息傳輸時，兩地或多地的用戶可以共享安全的密鑰，并可利用該密鑰對信息進行一次又一次的嚴格加密，從而使得密匙不可被跟蹤與監(jiān)聽，更不能被復制與探測；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重要技術(shù)分枝。QT指傳輸量子態(tài)（量子信息）的時候，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)定性與真實性，完全不會發(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“絕對安全”的回歸。

量子測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)典的測量會大大延伸。除延展測量視域外，量子隧穿原理還可以實現(xiàn)對物理量測量和信息獲取的高精度、高分辨率以及高穩(wěn)定度，技術(shù)可精細到納米、亞納米量級，由于超高的分辨率與靈敏度，量子測量可以準確無誤地展開缺陷探測，甚至在1000億個正常原子中出現(xiàn)一個缺陷也能探測到；另外，量子測量的精密性還體現(xiàn)在量子授時方面，即對時間同步精度的提升使得測量信息的傳遞過程可實現(xiàn)最小的時頻錯差，乃至可以達到了100億年只差一秒的精度。一般而言，量子測量在運用量子傳感比如量子磁力計、重力儀等對物理量進行精密測量時，會生成量子成像，發(fā)送端與接收端的量子授時的誤差越小，量子測量的成果越精密。

廣袤的應用空間與落地場景

作為一門新興學科，量子技術(shù)涉及物理學、計算機科學、信息科學、材料科學等多個學科領(lǐng)域，同時作為綜合性學科,量子技術(shù)也涉及多個學科領(lǐng)域的交叉研究。理論上說，跨學科與跨門類越廣泛的技術(shù)，滲透性與覆蓋性越強，實際效用價值更多元與更顯著，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，應用場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。

在量子計算應用上，更大更強的存儲以及更優(yōu)更快的算法支持量子計算為生產(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算進行市場預測、降低風險和增加收益，也能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品定價、交易結(jié)算以及資產(chǎn)分配的優(yōu)化；而在制藥行業(yè)，量子計算可以用來研究新藥的分子結(jié)構(gòu)和化學反應，解決量子化學的合成和藥物輔助設(shè)計，提高新藥的產(chǎn)量和品質(zhì)；在氣象行業(yè)，量子計算可以用來快速、有效地處理大量且多維度的復雜氣象數(shù)據(jù)，有助于提高天氣預報實時性和準確性?，F(xiàn)實來看，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算藥物研發(fā)。

在量子通信應用上，從政府機構(gòu)，到軍事組織，再到市場各個行業(yè)，都可以借助量子密匙實現(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資源，可以與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等諸多領(lǐng)域的安全需求結(jié)合，進而形成各類信息安全應用解決方案，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)可以準確掌握廣袤空間甚至曠遠宇宙中的量子物的運動情況，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)射運行都將變得更為便捷且富有極大的安全性保障。

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

據(jù)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）預測，到2050年，全球量子技術(shù)市場規(guī)模將飆升至2600億美元。但必須強調(diào)的是，目前所有的預測數(shù)據(jù)都是基于量子技術(shù)在專業(yè)化市場的應用，而量子技術(shù)的民用化也是大勢所趨，如C端通用量子計算機的問世，量子通信與量子測量搭載于更廣泛的私用載具上等，由此引爆的增量市場規(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)，借助于量子測量傳輸?shù)暮Ａ啃畔ⅲ揽苛孔佑嬎愕难讣菜闼?，加之量子通信的安全護航，人工智能的應用步伐將大幅提速，最終產(chǎn)生出的商業(yè)價值將無法估量。

搶占量子科技國際競爭制高點

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)滲透并對所及產(chǎn)業(yè)展開技術(shù)賦能，既促進了產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴容，也拉動了產(chǎn)業(yè)層次的升級，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)一個國家未來的國際產(chǎn)業(yè)競爭力水平與能級；不僅如此，各國的經(jīng)濟、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；基于此，集群式加入量子技術(shù)的競爭賽道并搶先展開產(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)計導引先行。作為全球首個在宏觀層面創(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)計劃”，截至目前已經(jīng)成立4個國家量子技術(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目。美國政府將量子技術(shù)相關(guān)計劃命名為“微型曼哈頓計劃”，比肩大名鼎鼎的原子彈項目“曼哈頓計劃”。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，同時日本也在文部科學省設(shè)置了對量子技術(shù)進行統(tǒng)一管理的專門機構(gòu)。據(jù)第三方數(shù)據(jù)，除G7（七國集團）均已全部署量子技術(shù)研發(fā)計劃外，瑞典、荷蘭、印度、澳大利亞、丹麥和韓國等都已實質(zhì)性啟動了本國的量子戰(zhàn)略，與此同時，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重大項目范圍。

二是專項投資加速擴容。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)化應用以及商業(yè)化探索同樣需要足夠財力的輔助，因此，政策層面為量子技術(shù)加熱造勢的同時，各國政府在資金投入上更是不遺余力。自從啟動為期10年的《國家量子行動法案》以來，美國政府的專項投資已累計達到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)旗艦項目”實施至今，連同各成員國的配套，總經(jīng)費支出已超過40億歐元；作為“國家量子技術(shù)計劃”的支點，英國在該計劃頒布的兩年后便啟動“國家量子技術(shù)專項”，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)研究院的報告，至2023年，全球量子技術(shù)的投資規(guī)模達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)學集體聯(lián)動。整合科技資源，集中力量突破，政府機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)組織與學術(shù)界加速融合與聯(lián)手，尤其是依托頭部企業(yè)的主導力量，實施研發(fā)和應用“雙向驅(qū)動”，最終直接關(guān)聯(lián)出新產(chǎn)品的迭代升級，已成主要國家推進量子技術(shù)研究與應用的核心路徑。谷歌早在2013年就與美國國家航天局、加州大學圣芭芭拉分校聯(lián)合成立了量子人工智能實驗室，次年微軟與哈佛大學、玻爾研究所等攜手組建量子設(shè)計與量子計算研究中心，英特爾與荷蘭代爾夫特理工大學合作開發(fā)新型量子計算機；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，德國漢堡啟動了名為“量子創(chuàng)新之都”的量子計算網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟，而澳大利亞也在國家最高機構(gòu)澳大利亞技術(shù)委員會下成立了澳大利亞量子聯(lián)盟。

更令人有點意外的是，“藍色巨人”IBM競牽頭創(chuàng)建了國際性主流量子計算產(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，合縱連橫之勢清晰可見。依靠強大的團隊力量，谷歌在2019年就成功演示了“量子霸權(quán)”（計算機算速最為領(lǐng)先便可視為“量子霸權(quán)”），旗下的“西克莫”量子計算機僅用200秒就完成傳統(tǒng)超級計算機需要1萬年才能完成的任務；2022年11月，IBM推出了擁有433個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擁有超過1000個量子比特的量子計算機。

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)團隊，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)潛在應用方向。

（作者系中國市場學會理事、經(jīng)濟學教授）

    作者：張銳    責編：任紹敏  轉(zhuǎn)自第一財經(jīng)