鄒麗雪 劉艷麗

（1.中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心，北京 100190；2.中國科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 100190）

量子技術(shù)是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的必爭(zhēng)領(lǐng)域之一，它將對(duì)整個(gè)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生根本性影響［1］。未來的量子技術(shù)將應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，例如加速新藥開發(fā)、優(yōu)化交通，開發(fā)新材料，快速診斷疾病和進(jìn)行安全通信等［2，3］。第一次量子革命催生了晶體管和激光器［4，5］等，當(dāng)前第二次量子革命正在廣泛進(jìn)行，科學(xué)家對(duì)量子效應(yīng)的操縱能力增強(qiáng)，引發(fā)了重大技術(shù)進(jìn)步，例如構(gòu)建了量子計(jì)算機(jī)。為了搶占未來科技發(fā)展高地，世界各國紛紛出臺(tái)了量子技術(shù)相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃。歐洲是量子理論的發(fā)源地，20世紀(jì)初，歐洲的物理學(xué)家馬克斯普朗克和尼爾斯玻爾等提出了量子理論并創(chuàng)立了量子力學(xué)。2018年10月，歐盟啟動(dòng)了量子技術(shù)旗艦計(jì)劃（簡(jiǎn)稱為“量子旗艦”）［6］，促進(jìn)歐洲量子產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加強(qiáng)量子研究成果的商業(yè)應(yīng)用，確保歐洲在全球第二次量子革命中走在前列。量子旗艦的長期愿景是建立“量子互聯(lián)網(wǎng)”，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)、量子模擬器和量子傳感器等相互連接。2020年3月，歐盟量子旗艦工作組發(fā)布了《量子技術(shù)旗艦計(jì)劃戰(zhàn)略研究議程》［7］，為歐洲量子旗艦的未來發(fā)展明確了方向，制定了未來3年、以及6～10年的詳細(xì)發(fā)展路線。

本文對(duì)量子旗艦的發(fā)展歷程、四大應(yīng)用領(lǐng)域的挑戰(zhàn)與發(fā)展路線、科技資源、創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行梳理，充分分析歐盟量子技術(shù)的發(fā)展戰(zhàn)略和舉措，為中國量子技術(shù)的發(fā)展提出啟示。

1 量子旗艦發(fā)展歷程

2016年 3月，歐盟委員會(huì)發(fā)布《量子宣言》［8］，該宣言呼吁發(fā)起量子旗艦，啟動(dòng)歐洲量子產(chǎn)業(yè)，擴(kuò)大歐洲在量子研究領(lǐng)域的科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)地位。該宣言圍繞量子通信、量子計(jì)算、量子模擬、量子傳感和計(jì)量四個(gè)領(lǐng)域分別制定了短期目標(biāo)（0～5年）、中期目標(biāo)（5～10年）和長期目標(biāo)（10年以上）。2016年8月，歐盟委員會(huì)成立了量子旗艦專家組［9］，該專家組由13名來自洪堡大學(xué)、因斯布魯克大學(xué)、波蘭科學(xué)院、法國國家科學(xué)研究中心等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家，以及12名來自空客防御與太空、西門子股份公司和意法半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)界成員組成，代表歐洲學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)的多方利益相關(guān)者，為量子旗艦提供建議。2017年2月，該專家組發(fā)布了量子旗艦中期報(bào)告［10］，提出了量子技術(shù)旗艦計(jì)劃戰(zhàn)略研究議程的首批建議以及一些實(shí)施建議，圍繞量子通信、量子計(jì)算、量子模擬、量子傳感和計(jì)量四個(gè)領(lǐng)域分別制定了3年、6年和10年發(fā)展目標(biāo)，明確了每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域所需的使能工具和啟動(dòng)階段的項(xiàng)目部署方向，同時(shí)，提出了相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)重點(diǎn)方向的發(fā)展目標(biāo)。2017年6月，該專家組發(fā)布了量子旗艦最終報(bào)告［11］，并將根據(jù)量子技術(shù)旗艦計(jì)劃戰(zhàn)略研究議程制定量子旗艦實(shí)施計(jì)劃。2018年10月，歐盟啟動(dòng)量子旗艦，確定將在十年內(nèi)提供10億歐元，支持大規(guī)模和長期的研究與創(chuàng)新項(xiàng)目，其主要目標(biāo)是將量子研究從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用。在第一個(gè)三年（2018年10月至2021年9月），歐盟資助1.32億歐元部署了研究與創(chuàng)新項(xiàng)目。在啟動(dòng)量子旗艦的同時(shí)，歐盟成立了戰(zhàn)略咨詢委員會(huì)（Strategic Advisory Board，SAB）［12］，為量子旗艦提供戰(zhàn)略決策建議。SAB指導(dǎo)了量子技術(shù)旗艦計(jì)劃戰(zhàn)略研究議程的準(zhǔn)備工作，并負(fù)責(zé)監(jiān)督量子旗艦的實(shí)施進(jìn)展。該委員會(huì)成員由6個(gè)產(chǎn)業(yè)專家和10名科研專家組成。

2020年3月，SAB發(fā)布了《量子技術(shù)旗艦計(jì)劃戰(zhàn)略研究議程》，以公開透明的方式征求了歐洲2000多名量子專家的意見，為量子旗艦制定了未來的發(fā)展路線。該議程在量子旗艦最終報(bào)告的基礎(chǔ)上，圍繞量子通信、量子計(jì)算、量子模擬、量子傳感和計(jì)量，詳細(xì)分析了歐盟在上述每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)和研究創(chuàng)新挑戰(zhàn)，進(jìn)一步制定了每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域更為詳細(xì)的未來3年、6～10年的發(fā)展路線。同時(shí)，為解決四個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中共同的基礎(chǔ)問題和挑戰(zhàn)，確保量子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，該議程進(jìn)一步明確了量子旗艦的科技資源。針對(duì)基礎(chǔ)研究資源，該議程在量子旗艦最終報(bào)告的基礎(chǔ)上，明確了更為詳細(xì)的發(fā)展目標(biāo)，制定詳細(xì)的發(fā)展路線。針對(duì)技術(shù)資源，該議程從制造和包裝、使能技術(shù)、控制、軟件和理論五個(gè)方面分析了歐盟面臨的挑戰(zhàn)，制定詳細(xì)發(fā)展路線，確保量子旗艦?zāi)苡行Ю酶拍?、工具、技術(shù)和人員。同時(shí)，歐盟通過“地平線2020”“地平線歐洲”和“數(shù)字歐洲”支持量子旗艦的研究創(chuàng)新項(xiàng)目和基礎(chǔ)設(shè)施等。創(chuàng)新是量子旗艦的核心關(guān)注點(diǎn)，歐盟構(gòu)建創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，將量子技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室拓展到新產(chǎn)品及服務(wù)，實(shí)現(xiàn)量子商業(yè)化應(yīng)用。

2 量子旗艦應(yīng)用領(lǐng)域的挑戰(zhàn)與發(fā)展路線

針對(duì)量子通信、量子計(jì)算、量子模擬、量子傳感和計(jì)量四個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，本節(jié)梳理了歐盟在每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)、研究創(chuàng)新挑戰(zhàn)和未來發(fā)展路線（表1）。

表1 量子旗艦四大應(yīng)用領(lǐng)域的未來發(fā)展路線Tab.1 The Roadmap of Quantum Flagship in Four Application Fields

在量子通信領(lǐng)域，歐盟預(yù)計(jì)量子通信短期內(nèi)將應(yīng)用于密碼學(xué)，長遠(yuǎn)來看，可能會(huì)在傳感器和時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)、定時(shí)和計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用。歐洲量子通信的社會(huì)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)在于缺乏適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)和人力資源。開發(fā)可以部署量子通信的基礎(chǔ)設(shè)施所需要的投資是巨大的，為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，歐盟促進(jìn)歐洲量子通信行業(yè)的合作伙伴積極參與，促進(jìn)初創(chuàng)企業(yè)發(fā)展量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution，QKD）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、軟件、系統(tǒng)集成、認(rèn)證服務(wù)以及量子光子組件供應(yīng)鏈等。歐盟推出密鑰分配網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)和量子通信基礎(chǔ)設(shè)施，為新系統(tǒng)和新產(chǎn)品開發(fā)提供平臺(tái)。歐洲量子通信的研究創(chuàng)新挑戰(zhàn)在于量子安全、量子網(wǎng)絡(luò)和供應(yīng)鏈三個(gè)方面，具體包括降低技術(shù)成本、改善網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)和通信性能、增加量子通信距離、并行尋求可替代技術(shù)改進(jìn)供應(yīng)鏈組件等。

在量子計(jì)算領(lǐng)域，歐盟目標(biāo)是全面開發(fā)量子計(jì)算機(jī)，包括理論、系統(tǒng)軟件和解決特定任務(wù)的專用算法，并在量子計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)之間創(chuàng)建接口。歐洲量子計(jì)算的社會(huì)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)在于形成具有競(jìng)爭(zhēng)力的完整生態(tài)系統(tǒng)。歐盟發(fā)揮研究機(jī)構(gòu)、研究和技術(shù)組織（Research and Technology Organisations，RTOs）、中小企業(yè)、大型公司的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)量子硬件、系統(tǒng)開發(fā)和軟件的專家之間緊密協(xié)作。研究創(chuàng)新挑戰(zhàn)包括三個(gè)方面，在技術(shù)、設(shè)備和平臺(tái)方面，需要開發(fā)候選量子計(jì)算平臺(tái)，探索改善系統(tǒng)性能的方法，改進(jìn)材料和制造工藝，增強(qiáng)量子系統(tǒng)的相干性，開發(fā)量子控制系統(tǒng)和糾錯(cuò)方法，開發(fā)新接口。在軟件和算法方面，需要研究量子算法理論及其復(fù)雜性，開發(fā)軟件堆棧。在供應(yīng)鏈方面，需要依靠現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)形成可靠供應(yīng)鏈，創(chuàng)建新生態(tài)系統(tǒng)。

在量子模擬領(lǐng)域，歐盟的目標(biāo)是要達(dá)到更高的控制水平、保真度和可編程性、構(gòu)建大型系統(tǒng)，未來將在量子化學(xué)、核物理、材料科學(xué)、流體力學(xué)和云服務(wù)等領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用。歐洲量子模擬社會(huì)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)在于需要與終端用戶建立更緊密的聯(lián)系以找到短期內(nèi)最有希望的用例。研究創(chuàng)新挑戰(zhàn)在于開發(fā)更強(qiáng)大的系統(tǒng)和平臺(tái)、開發(fā)僅需要少量操作的算法、研究新型光子組件、新型快速高效檢測(cè)器、超冷原子和離子操縱技術(shù)、大容量低溫技術(shù)和控制技術(shù)等。

在量子傳感和計(jì)量領(lǐng)域，量子技術(shù)將以多種方式增強(qiáng)現(xiàn)有傳感器，未來將在物理、化學(xué)、生物學(xué)、地球物理學(xué)氣候科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、流動(dòng)性防御以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理領(lǐng)域進(jìn)行廣泛應(yīng)用。歐洲量子傳感和計(jì)量的社會(huì)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)在于需要通過標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證工作加快市場(chǎng)開發(fā)，發(fā)展健康競(jìng)爭(zhēng)的生態(tài)系統(tǒng)，解決環(huán)境、醫(yī)療保健和地球感應(yīng)與觀測(cè)中的問題。研究創(chuàng)新挑戰(zhàn)在于需要實(shí)現(xiàn)對(duì)所有量子自由度的完全控制，保護(hù)其免受環(huán)境噪聲影響和惡意干預(yù)，確定相關(guān)量子態(tài)性能，提高靈敏度和分辨率等。

3 科技資源

為了成功實(shí)現(xiàn)上述四個(gè)量子技術(shù)核心應(yīng)用領(lǐng)域，使歐洲基于量子技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)能夠長期發(fā)展，歐盟通過開發(fā)科技資源進(jìn)行輔助，包括科學(xué)資源和技術(shù)資源。盡管一些量子技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)成熟的水平，并準(zhǔn)備過渡到工業(yè)應(yīng)用，但繼續(xù)研究開放的基礎(chǔ)科學(xué)問題至關(guān)重要，這將有利于發(fā)展新的科學(xué)概念和工具。因此，在科學(xué)方面，歐盟通過科學(xué)資源為量子技術(shù)提供新概念和新想法，從而激發(fā)更先進(jìn)的技術(shù)。為了拓展量子技術(shù)更多的應(yīng)用，使量子技術(shù)的產(chǎn)品具有靈活性，并產(chǎn)生長期的影響，在技術(shù)方面，歐盟通過技術(shù)資源發(fā)揮協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)資源共享，通過跨學(xué)科合作，匯集量子領(lǐng)域和傳統(tǒng)領(lǐng)域的綜合能力來開發(fā)新的工具、組件和材料等，從基礎(chǔ)組件到系統(tǒng)工程、基準(zhǔn)測(cè)試驗(yàn)證、理論、軟件和控制來確保量子技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域中高效長期發(fā)展所需的技術(shù)資源，全面促進(jìn)量子技術(shù)應(yīng)用。

3.1 科學(xué)資源

歐盟科學(xué)資源的目標(biāo)是在理論和實(shí)踐上探索和理解量子技術(shù)的基礎(chǔ)科學(xué)問題，探索新的量子效應(yīng)，獲得新的見解。這種探索不僅支撐量子技術(shù)現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，還將從長遠(yuǎn)上有助于開發(fā)新的量子技術(shù)。例如，歐盟將探索退相干的機(jī)制以及如何減輕或利用其影響，來解決量子技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的共同基礎(chǔ)研究問題，將探索量子理論與經(jīng)典物理學(xué)的不同之處，為量子信息概念提供新的見解，以開發(fā)新的工具。歐盟科學(xué)資源涉及多個(gè)領(lǐng)域，例如生物學(xué)、熱力學(xué)和高能物理等，研究問題非常廣泛，比如探索生物過程是否利用了量子效應(yīng)。

歐盟通過科學(xué)資源與量子技術(shù)互動(dòng)，不斷開發(fā)新的科學(xué)概念和工具，促進(jìn)量子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)。新科學(xué)資源將為量子技術(shù)提供了新的思路，反之，量子技術(shù)的發(fā)展將激發(fā)新的問題，由新科學(xué)資源來解決這些問題，并為新的理論發(fā)展提供指導(dǎo)。

3.2 技術(shù)資源

歐盟通過跨學(xué)科協(xié)調(diào)傳統(tǒng)技術(shù)，為量子旗艦提供技術(shù)資源，確保有效利用已有的概念、工具、技術(shù)和人員。這些跨學(xué)科活動(dòng)包括制造包裝、使能技術(shù)、控制、軟件和理論。在制造包裝方面，量子技術(shù)大規(guī)模發(fā)展需要工業(yè)級(jí)微細(xì)加工和納米加工設(shè)施，為量子器件的制造和包裝提供必要的資源。歐盟利用現(xiàn)有設(shè)施和制造中心的專業(yè)知識(shí)，將量子和經(jīng)典設(shè)備（例如電子和光學(xué)設(shè)備）之間進(jìn)行更緊密的集成，有效進(jìn)行資源共享。為降低開發(fā)成本，歐盟將開發(fā)可訪問的集成電路庫來提供量子水平和功能的電路元件，建立多晶片項(xiàng)目的中等規(guī)模原型設(shè)計(jì)中心。在使能技術(shù)方面，激光、低溫恒溫器等系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中可用，量子旗艦將利用這些已有系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，來擴(kuò)展量子比特技術(shù)。在控制方面，量子最優(yōu)控制的長期目標(biāo)是將開發(fā)軟件層，增強(qiáng)量子硬件在計(jì)算、仿真、通信、計(jì)量和傳感方面的性能。在軟件方面將通過管理和協(xié)調(diào)git庫，對(duì)程序員進(jìn)行培訓(xùn)，集成不同平臺(tái)實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)。在理論方面，對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的理論探索將解決關(guān)鍵技術(shù)問題，在設(shè)備和系統(tǒng)的驗(yàn)證和基準(zhǔn)測(cè)試中發(fā)揮作用。

量子旗艦在科學(xué)資源和技術(shù)資源的未來發(fā)展路線如表2所示。

表2 歐盟量子科技資源的未來發(fā)展路線Tab.2 The Roadmap of EU Quantum in Scientific and Technological Resources

3.3 歐洲量子支持活動(dòng)

針對(duì)量子技術(shù)的四大應(yīng)用領(lǐng)域和基礎(chǔ)研究，量子旗艦最初通過“地平線2020”科研框架計(jì)劃，在2018年10月至2021年9月期間投資1.32億歐元資助20個(gè)項(xiàng)目［13］。在量子通信領(lǐng)域，資助了長期可靠的數(shù)據(jù)隱私（Continuous Variable Quantum Communications，CiViQ）、量子互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（Quantum Internet Alliance，QIA）、量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器項(xiàng)目（Quantum Random Number Generators，QRANGE）、可負(fù)擔(dān)的量子通信（Affordable Quantum Communication for Everyone，UNIQORN），資助金額約為33.5百萬歐元。在量子計(jì)算領(lǐng)域，量子旗艦資助了兩個(gè)項(xiàng)目，分別是開放式超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)（Open Superconducting Quantum Computer，OpenSuperQ）和離子阱量子計(jì)算機(jī)（Advanced Quantum Computing with Trapped Ions，AQTION）兩個(gè)項(xiàng)目，資助金額約為19.9百萬歐元。在量子模擬領(lǐng)域，資助了量子級(jí)聯(lián)激光頻率梳中的量子模擬和糾纏工程（Quantum Simulation and Entanglement Engineering in Quantum Cascade Laser Frequency Combs，Qombs）和下一代量子模擬平臺(tái)（Programmable Atomic Large-Scale Quantum Simulation，PASQuanS），資助金額約為 18.6百萬歐元。在量子傳感與計(jì)量領(lǐng)域，資助了高精度時(shí)鐘（Integrated Quantum Clock，iqClock）、基于分子水平檢測(cè)心臟代謝（Leveraging Room Temperature Diamond Quantum Dynamics to Enable Safe，F(xiàn)irstof-its-kind， Multimodal Cardiac Imaging，MetaboliQs）、開發(fā)量子傳感器并將其推向市場(chǎng)（Miniature Atomic Vapor-cells Quantum Devices for Sensing and Metrology Applications，macQsimal）和鉆石量子感測(cè)技術(shù)（Advancing Science and Technology Through Diamond Quantum Sensing，ASTERIQS）四個(gè)項(xiàng)目，資助金額約為36.7百萬歐元。在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，資助了2D材料的新型量子設(shè)備概念（Two Dimensional Quantum Materials and Devices for Scalable Integrated Photonics Circuits，2D SIPC）、可擴(kuò)展的二維量子集成光子學(xué)（Scalable Two-Dimensional Quantum Integrated Photonics，S2QUIP）、量 子 微 波 通 信 與 傳 感（Quantum Microwave Communication and Sensing，QMiCS）、可擴(kuò)展的稀土離子量子計(jì)算節(jié)點(diǎn)（Scalable Rare-Earth Ion Quantum Computing Nodes，SQUARE）、相干擴(kuò)散光子學(xué)的亞泊松光子槍（Sub-Poissonian Photon Gun by Coherent Diffusive Photonics，PhoG）、用于量子模擬的光子（Photons for Quantum Simulation，PhoQuS）和微波驅(qū)動(dòng)離子阱量子計(jì)算（Microwave Driven Ion Trap Quantum Computing，MicroQC）七個(gè)項(xiàng)目，資助金額約為20.1百萬歐元。2021—2027年期間，量子旗艦將在“地平線歐洲”科研框架計(jì)劃下啟動(dòng)戰(zhàn)略性量子旗艦項(xiàng)目，預(yù)計(jì)將再資助130個(gè)項(xiàng)目，并將在“數(shù)字歐洲”計(jì)劃下建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施。

歐洲成員國之間通過歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃（Europe Quantum Communication Infrastructure，EuroQCI）和歐洲量子研究區(qū)域（European Research Area in Quantum Technologies，QuantERA）項(xiàng)目進(jìn)行緊密合作。自2019年開始，德國、比利時(shí)等24個(gè)歐盟成員國簽署EuroQCI［14］，將在未來十年共同研發(fā)和部署歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施。該基礎(chǔ)設(shè)施由兩個(gè)要素組成，一是利用現(xiàn)有光纖通信網(wǎng)絡(luò)將歐洲通信站點(diǎn)連接起來的地基組件，二是遠(yuǎn)距離天基組件。QuantERA項(xiàng)目［15］受“地平線 2020”資助，其主要目標(biāo)是加強(qiáng)國家之間的跨國合作，激發(fā)多學(xué)科量子研究，通過跨國研究項(xiàng)目的資助整合歐洲國家研究力量。目前正在實(shí)施QuantERA Ⅱ期項(xiàng)目，30個(gè)歐盟成員國的38個(gè)研究資助組織共同參與。

4 創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)

創(chuàng)新是量子旗艦的核心關(guān)注點(diǎn)，歐盟通過構(gòu)建創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，將量子技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室拓展到新產(chǎn)品及服務(wù)，吸引主要利益相關(guān)者共同實(shí)現(xiàn)量子商業(yè)化應(yīng)用。構(gòu)建創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)主要的挑戰(zhàn)與舉措包括確定量子技術(shù)用例和需求規(guī)范、提供基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈、促進(jìn)新產(chǎn)品和服務(wù)發(fā)展、教育培訓(xùn)四個(gè)方面。

4.1 確定量子技術(shù)用例和需求規(guī)范

將量子技術(shù)從研究轉(zhuǎn)入應(yīng)用階段時(shí)，確定新產(chǎn)品和服務(wù)的用例是必不可少的步驟。歐盟通過組織業(yè)界的行業(yè)研討會(huì)和用例研討會(huì)，組織科學(xué)家、研發(fā)工程師和用戶討論確定新的用例。同時(shí)，歐盟將組織利益相關(guān)者進(jìn)行會(huì)議討論，例如金融機(jī)構(gòu)、政府組織、產(chǎn)品開發(fā)、安全機(jī)構(gòu)和國防機(jī)構(gòu)等從業(yè)人員探索新的用例。

4.2 提供基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈

歐盟RTOs將在基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈中發(fā)揮重要作用。RTOs可進(jìn)行重復(fù)制造，并且熟悉原型和產(chǎn)品的模塊化方法，為產(chǎn)業(yè)提供幫助。RTOs、大學(xué)和產(chǎn)業(yè)界將形成量子中心聯(lián)盟，便于交換產(chǎn)品設(shè)計(jì)。歐盟將創(chuàng)建平臺(tái)為中小型企業(yè)提供網(wǎng)頁，提供有關(guān)產(chǎn)品功能、服務(wù)和原型信息。同時(shí)，歐盟將列出中小型企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品所需的基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備，包括測(cè)量和計(jì)量設(shè)施。RTOs還將協(xié)助開發(fā)人員確定可用的基礎(chǔ)設(shè)施，減少建設(shè)新生產(chǎn)設(shè)施所需時(shí)間。此外，歐盟將確定關(guān)鍵供應(yīng)商清單，列出由哪些供應(yīng)商開發(fā)新產(chǎn)品。

4.3 促進(jìn)新產(chǎn)品和服務(wù)發(fā)展

歐盟支持和促進(jìn)新產(chǎn)品和服務(wù)發(fā)展的舉措包括加大投資、制定標(biāo)準(zhǔn)和加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。在加大投資方面，歐盟努力將投資者帶入量子技術(shù)領(lǐng)域，由于多數(shù)投資者并不了解量子技術(shù)的潛在應(yīng)用，歐盟幫助公司和投資者之間建立聯(lián)系，支持初創(chuàng)企業(yè)與投資者互動(dòng)，向風(fēng)投公司充分展示量子技術(shù)的長期潛力，加強(qiáng)量子技術(shù)的投資。在標(biāo)準(zhǔn)方面，量子旗艦與歐洲委員會(huì)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)組織共同成立標(biāo)準(zhǔn)小組，負(fù)責(zé)分析量子技術(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的需求，起草技術(shù)規(guī)范或技術(shù)報(bào)告。此外，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)成立了行業(yè)規(guī)范小組，制定了量子通信標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)范文檔，例如《QKD實(shí)施安全》白皮書、《量子安全密碼學(xué)和安全》白皮書［16］和QKD用例規(guī)范文檔，確保以安全的方式實(shí)施量子加密。在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面，歐盟通過代理機(jī)構(gòu)幫助研究機(jī)構(gòu)和中小企業(yè)申請(qǐng)專利，由技術(shù)轉(zhuǎn)讓辦公室提供最佳實(shí)踐指導(dǎo)，構(gòu)建通用許可政策簡(jiǎn)化許可過程，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。

4.4 教育培訓(xùn)

為實(shí)現(xiàn)量子技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，歐盟建立量子物理學(xué)的教育生態(tài)系統(tǒng)，從學(xué)校到企業(yè)等各個(gè)環(huán)境中擴(kuò)大教育和培訓(xùn)，加強(qiáng)跨學(xué)科教育，加大對(duì)企業(yè)及社會(huì)需求的關(guān)注。

歐盟針對(duì)學(xué)校和企業(yè)的不同受眾，設(shè)計(jì)了教育和培訓(xùn)計(jì)劃。其中，大學(xué)教育的目標(biāo)是開發(fā)面向未來量子技術(shù)人才的量子課程，通過聯(lián)合歐洲各地的教學(xué)資源，加強(qiáng)大學(xué)量子教育。大學(xué)教育的目標(biāo)人群包括?？粕⒈究粕?、碩士、博士、崗前教師、研究人員，以及相關(guān)決策者。目前歐洲所有大學(xué)物理課程中已納入了量子物理學(xué)，并將在計(jì)算機(jī)科學(xué)或定量業(yè)務(wù)分析等課程中教授量子相關(guān)內(nèi)容，擴(kuò)大量子技術(shù)未來應(yīng)用范圍。高中教育的目標(biāo)是為所有公民建立普遍的量子意識(shí)，培養(yǎng)未來的量子科學(xué)家和工程師。歐盟將根據(jù)教育研究確定量子課程建議和教學(xué)策略，部分成員國的高中課程中已納入了量子物理學(xué)。未來，歐盟將會(huì)在小學(xué)系統(tǒng)中加強(qiáng)量子物理學(xué)教育。在產(chǎn)業(yè)人員培訓(xùn)方面，歐盟將設(shè)置特殊的培訓(xùn)課程，提高企業(yè)從事人員對(duì)量子技術(shù)及其潛力的認(rèn)識(shí)，目標(biāo)人群包括首席執(zhí)行官、首席技術(shù)官以及員工。

歐盟量子教育未來三年發(fā)展路線包括綜合大學(xué)、高中、產(chǎn)業(yè)的量子教育需求制定措施，建立知識(shí)庫，評(píng)估量子技術(shù)課程的可行性，建立量子能力框架，建立網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)定期召開國內(nèi)和國際會(huì)議，設(shè)立量子技術(shù)和量子工程碩士學(xué)位試點(diǎn)計(jì)劃，制定博士及博士后暑期學(xué)校試點(diǎn)計(jì)劃等。未來六至十年發(fā)展路線包括設(shè)立成員國試點(diǎn)計(jì)劃，實(shí)施正式和非正式量子技術(shù)教育改革方法，建立自給自足的泛歐教育計(jì)劃，將網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和定期國際會(huì)議擴(kuò)展到中小企業(yè)，對(duì)小學(xué)教育提出建議，提高公民對(duì)量子技術(shù)社會(huì)效益的認(rèn)識(shí)等。

5 啟示與建議

5.1 制定量子技術(shù)發(fā)展路線，加大跨學(xué)科研究

量子技術(shù)顛覆性潛力突出，將對(duì)整個(gè)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生根本性影響。歐盟啟動(dòng)量子旗艦計(jì)劃，推動(dòng)量子研究的商業(yè)應(yīng)用。針對(duì)量子技術(shù)當(dāng)前面臨的社會(huì)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)和研究創(chuàng)新挑戰(zhàn)，歐盟圍繞量子通信、量子計(jì)算、量子模擬、量子傳感和計(jì)量分別設(shè)定短期、中期發(fā)展目標(biāo)和發(fā)展路線，推動(dòng)量子技術(shù)產(chǎn)品與服務(wù)的商業(yè)化應(yīng)用和大眾化應(yīng)用，并通過開發(fā)科技資源拓展量子技術(shù)的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用。中國在2012年設(shè)立了《量子調(diào)控研究國家重大科學(xué)研究計(jì)劃“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》，重點(diǎn)部署量子信息、關(guān)聯(lián)電子體系、小量子體系和人工帶隙體系四個(gè)方面的任務(wù)，以保持中國在實(shí)用化量子密碼技術(shù)和量子通信技術(shù)等研究領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。2016年設(shè)立了量子調(diào)控與量子信息重點(diǎn)專項(xiàng)，圍繞量子調(diào)控與量子信息兩個(gè)領(lǐng)域的重大科學(xué)問題和瓶頸技術(shù)，積極推動(dòng)原始創(chuàng)新和應(yīng)用研究，2016—2018年部署了6個(gè)重點(diǎn)任務(wù)，在“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上增加了量子計(jì)算與模擬、量子精密測(cè)量2個(gè)重點(diǎn)任務(wù)，2019年重點(diǎn)部署了關(guān)聯(lián)電子體系、小量子體系、量子計(jì)算與模擬3個(gè)重點(diǎn)任務(wù)，2020年主要圍繞關(guān)聯(lián)電子體系、量子通信兩方面繼續(xù)部署項(xiàng)目。在未來發(fā)展路線上，借鑒歐盟量子技術(shù)發(fā)展舉措，中國可在保持量子通信優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域的同時(shí)，加快量子計(jì)算、量子模擬與量子測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用研究，設(shè)計(jì)具體發(fā)展路線，加大量子領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的跨學(xué)科研究，例如量子與化學(xué)、生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉研究，進(jìn)一步開發(fā)新型量子技術(shù)，探索量子技術(shù)在所有領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。

5.2 構(gòu)建量子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，加速量子技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用

歐盟通過構(gòu)建量子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，確定量子技術(shù)用例和需求規(guī)范、提供基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈、促進(jìn)新產(chǎn)品和服務(wù)發(fā)展，加強(qiáng)教育培訓(xùn)，來加速量子技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室拓展到新產(chǎn)品及服務(wù)中。在中國，2015年，中國科學(xué)院聯(lián)合大學(xué)、企業(yè)成立了中國量子通信產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，整合優(yōu)勢(shì)資源。2017年，中國科學(xué)院等5家研究機(jī)構(gòu)與北京市政府共建北京量子信息科學(xué)研究院，加強(qiáng)合作。2019年，安徽成立本源量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，為企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)提供了溝通交流的平臺(tái)，加速量子計(jì)算應(yīng)用落地。在未來量子技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用方面，中國可借鑒歐盟的舉措，整合多方力量構(gòu)建量子創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，組織科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)等相關(guān)人員確定量子技術(shù)的用例，在基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈方面，確定現(xiàn)有可用的量子技術(shù)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，減少建設(shè)新設(shè)施所需時(shí)間，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)鏈的管理，促進(jìn)量子技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用。

5.3 加快制定量子通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)是量子技術(shù)從研究轉(zhuǎn)向應(yīng)用的關(guān)鍵，特別是量子通信領(lǐng)域。歐盟成立標(biāo)準(zhǔn)小組和行業(yè)規(guī)范小組制定了QKD用例規(guī)范等，確保量子通信的安全加密。中國在2018年向國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）提出了制定量子密碼安全國際標(biāo)準(zhǔn)，2019年獲得ISO批準(zhǔn)。2019年，中國成立全國量子計(jì)算與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，目前正在進(jìn)行5項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)建議的形式審查工作，包括《量子測(cè)量術(shù)語》《光鐘性能表征方法》《單光子源性能表征方法》《原子重力儀性能評(píng)估方法》《量子精密測(cè)量中里德堡原子制備》［17］。2021年，安徽國盾量子牽頭編制了國內(nèi)首個(gè)量子隨機(jī)數(shù)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。中國應(yīng)加快制定量子通信的其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保量子安全加密的通信方式，并主導(dǎo)制定國際標(biāo)準(zhǔn)。

5.4 加強(qiáng)量子相關(guān)的早期教育與培訓(xùn)，儲(chǔ)備人才

人才對(duì)于量子技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。歐盟在大學(xué)和高中課程中已設(shè)置量子物理學(xué)，并將在中學(xué)和小學(xué)系統(tǒng)中加強(qiáng)量子物理學(xué)教育，在產(chǎn)業(yè)界設(shè)置培訓(xùn)課程，全面提高公民對(duì)量子技術(shù)及其潛力的認(rèn)識(shí)。在中國，2021年，中國教育部公布了2020年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)新增量子信息科學(xué)專業(yè)。在未來的人才培養(yǎng)方面，中國可借鑒歐盟的做法，在大學(xué)物理以及計(jì)算機(jī)等跨學(xué)科相關(guān)課程中加大量子教學(xué)內(nèi)容，增設(shè)量子信息科學(xué)研究生專業(yè)，并在小學(xué)、中學(xué)和高中階段加強(qiáng)量子物理學(xué)教育，根據(jù)需求評(píng)估相應(yīng)課程的可行性并開展試點(diǎn)，從而加強(qiáng)量子人才的早期培養(yǎng)，為量子技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行人才儲(chǔ)備。此外，針對(duì)產(chǎn)業(yè)人員，可通過特殊的培訓(xùn)課程快速提高從業(yè)人員對(duì)量子技術(shù)的認(rèn)識(shí)，全方位加強(qiáng)中國量子技術(shù)人才培養(yǎng)。