中国赶超在即？知名智库警告：美国必须死守量子霸权！

9月9日，美国顶尖科技政策智库ITIF（信息技术与创新基金会）发布了题为《中国在量子领域的创新能力如何》（How Innovative Is China in Quantum?）的报告。该报告从中美对比的角度，深入剖析了中国在量子科技三大关键领域的国际地位、政策特色及产业发展现状。这份报告是ITIF对中国在关键先进行业和技术领域创新能力进行的为期20个月的系列调查的最新成果。

报告指出，在「孤立的量子战略」中，中国的量子科技已取得重大突破。在量子科技的三大领域中，中国在量子通信方面位居全球领先地位，美国则在量子计算领域占据优势，两国在量子传感领域旗鼓相当——总体而言，中国在量子科技领域的发展已经达到了与美国相抗衡的水平。

研究背景与方法

中国正致力于在量子信息科学（QIS）领域不断取得新的突破和进展。其中一些成就在规模和范围上已经超过了美国——中国正在挑战美国的量子霸权。量子技术不仅对国家安全至关重要，还有可能对经济和社会产生变革性影响。守住领导地位、确保美国处于这一技术前沿的前沿，对于经济发展和社会福祉具有重要战略意义。

报告涵盖的量子技术主要为量子通信、量子计算和量子传感。

ITIF采取了三种方法来评估中国的量子创新能力。首先，ITIF与中国量子行业的全球专家进行了访谈并举行了焦点小组圆桌会议，同时对中国量子行业领域的创新文献进行了全面回顾。其次，他们评估了量子创新的全球数据，包括科研论文和专利。最后，ITIF对专家小组确定的两家中国量子公司进行了深入的案例研究评估。

国家主导，巨头初现，大厂先行

报告调查了大量的中国量子公司，其中大约14家私营公司可以被认定为“对量子技术做出了重大贡献”，其中包括9家初创企业和5家大型科技公司（见表1）。引领潮流的是本源量子和国仪量子等知名初创企业，以及华为、腾讯等巨头，他们占据了中国量子市场的大量份额。

与美国相比，中国私营部门对量子技术的投资相形见绌。中国初创企业存在资金不足的问题，麦肯锡2023年的一份报告指出：美国对量子初创企业的私人投资总额大约是中国的10倍。不过，美国在量子技术领域的私人投资在全世界都处于领先地位，总额超过欧盟五倍多，这种主导地位与美国可用资本的规模和投资者文化密切相关。

中国严重的资金缺口使其初创企业难以投入大量资金进行研究，但中国正在将国内初创企业集中在现有量子技术的商业化领域，并通过公共资金弥补私人投资的缺口，从而将这一弱点转化为优势（将在后文详细介绍）。

最近，有两家中国科技巨头退出了量子竞赛——阿里巴巴和百度都关闭了它们的量子研究部门，将其资产转移到与国家有关联的机构。例如，百度将其量子研究设施移交给了北京量子信息科学研究院，而阿里巴巴将其量子实验室移交给了浙江大学。

虽然一些分析家将这些退出归因于经济压力，因为量子研究具有高成本和回报不确定的特性，但一个更令人信服的解释是，政府正在加强控制，以确保量子研发更好地符合国家战略目标。通过将量子研究集中在国家附属机构内，政府能够在指导创新进程方面发挥更重要的作用。

中国的量子创新能力：大步缩小差距，赶超在即

2013年斯诺登泄密事件后，中国在“十三五”规划中将量子通信与安全列为优先事项。从那时起，中国一直在迅速行动，巩固了在全球安全通信竞赛中的领先地位，尤其是在QKD领域（这可能是安全通信最先进的子领域）。中国的“京沪干线”骨干网是世界上最长的QKD网络，中国已将卫星链路集成到该网络中。随着2016年世界首颗量子科学卫星墨子号的发射，中国的QKD雄心又向前迈进了一步，这也标志着中国正式成为未来全球安全通信的领导者。

其他国家也先后意识到在QKD领域保持竞争力的重要性，并进行了一些投资以保持领先地位，但美国落后了。欧盟已经启动了EuroQCI项目，旨在在欧洲开发安全量子通信网络，韩国也正在开发自己的全国性QKD骨干网。美国量子经济发展联盟（QED-C）在2024年的一份报告中提到：“目前，美国政府没有投资于此类演示项目，因此在未来美国只能成为QKD技术的追随者，而非领导者。”

然而，中国在量子计算方面仍落后于美国，包括硬件开发和算法复杂性。

首先，在硬件开发方面，美国遥遥领先。在离子阱量子计算和超导量子计算领域，IonQ、Quantinuum等美国公司屡创业内记录，IBM、Google和Rigetti等公司都拥有最先进的量子处理器。他们在量子比特相干时间和错误率方面取得了突破，这是扩大超导量子计算机规模的关键因素，而中国在该领域的进步较为缓慢且步调不一，在生产高质量、可扩展的量子比特方面较为落后。然而，中国最近的成就表明它正在大步缩小差距：2023年11月，量旋科技成为了首家成功向海外交付超导量子芯片的中国公司。

其次，在算法开发与运行方面，美国也领先于中国。美国研究人员开发了两种最著名的量子算法，即用于大数分解的Shor算法和用于更快地破译加密信息的Grover算法；许多美国公司也正在加速将量子算法应用于实际问题。与此同时，中国在开发能够充分利用量子硬件潜力的量子软件方面相对落后。

在量子传感中，研究成果的创新指标显示，中美对这项技术的研究成果几乎并驾齐驱，其中一些研究已经高度成熟。

总体而言，中国对即用性量子技术的战略关注使其能够在更接近市场化的技术领域处于领先地位。一些专家指出，中国优先考虑这些眼前收益，可能会忽视量子计算的未来潜力——尽管量子计算目前面临发展挑战，但它有望彻底改变从制药到金融的诸多行业。

与会者指出，中国的量子战略优先考虑将科技创新转化为有形产品。与专注于知识创造的美国不同，中国一直着力推动创新成果从实验室无缝进入市场，而政府在连接研究机构与工业界方面发挥着关键作用，这种联系在合肥等地尤为明显，比如合肥国家高新技术产业开发区就是学术研究和商业应用之间的渠道。在该区域内，政府工作的重点是使科研方向与工业需求保持一致，促进大学、实验室和私营企业之间的合作。

事实证明，这种方法在量子技术发展中非常有效，合肥已经成为中国量子企业的中心枢纽，合肥国家高新技术产业开发区内的“量子大道”也已成为中国量子技术产业的灯塔。

中国的量子资助体系高度集中，十分依赖中国国家自然科学基金（NSFC）的资助：中国国家自然科学基金负责资助了中国50%左右的量子出版物。相较而言，美国现行的是一种“烟囱式”的融资机制。美国的资金来源更加多样化，甚至政府资助也分布在各个联邦部门，这会带来效率低下和缺乏战略协调等问题，最终减缓研究进展，使美国丧失竞争优势。

此外，与美国相比，即使冒着失败的风险，中国也愿意为高风险的量子初创企业提供资金，而美国仍然更加谨慎。如上文所述，中国大胆投资于量子通信网络原型等项目，旨在获得技术领先地位。一位专家指出，这种冒险精神使中国更有可能取得重大突破从而占据量子霸权。

赶超在即，美国如何守住霸权？

报告特别指出，美国政府需迅速采取行动以继续保持在量子领域的领导地位，并为此提出了具体的建议。尽管国情存在差异，但这些建议对我国同样具有借鉴意义。报告还强调了我国的发展短板，鉴于美国未来可能会针对这些薄弱环节加大施压，我国应从现在开始就着手准备，以预防潜在的风险。

首先，增加资金投入是必选项。由学术界、工业界和政府专家组成的美国国家量子计划咨询委员会（NQIAC）曾提出一条核心建议：持续和不断增加的资金投入对于美国赢得竞赛十分必要。为了更有针对性地对抗中国规模庞大的量子研发资金，美国应该与盟国协调资金工作。

通过汇集志同道合的国家网络的资源，美国可以通过联合研发计划最大化地挖掘每个国家的优势，创建一个强大的量子集团，这比任何一个国家在单打独斗中推动创新都更为有效。这种合作方式不仅能够提升美国的研发能力，还可以增强联合研究工作的全球影响力。

事实上，美国可以与盟友深度合作，将中国在量子技术领域的孤立问题变成致命弱点。中国在单打独斗上大手笔押注，美国应通过与具有互补优势的国家建立深度伙伴关系来制定制胜战略。美国的盟友在量子技术的关键领域拥有明显的优势，美国可以利用这些优势来获得战略先机。例如，德国在量子传感方面表现出色，拥有慕尼黑量子谷等先进研究中心，并且工业界和学术界紧密结合。利用这些盟友优势，美国及其伙伴可以汇集资源和专业知识，守住美国在全球量子格局中的领导地位，并将与中国的竞争压力转化为同盟友联合的机会。

这些盟国还贡献了多样化的生态系统结构，可以进一步优化美国的量子战略。在澳大利亚和英国，初创企业是量子行业发展的主导者，而德国和日本的量子行业则由与政府研发有着密切联系的大型成熟公司领导。通过将初创企业的创新性与大公司的稳定性相结合，美国及其盟国可以构建一个强大、稳定、富有活力的量子生态系统。此外，与盟国密切合作还能确定和保护零部件和材料的关键供应商，从而增强美国抵御潜在威胁的能力。

美国还应加快加快量子产业的商业化进程。中国并不是唯一一个这样做的国家。例如，英国设立了一项“量子技术商业化”挑战赛，提供约1.74亿英镑（约合2.14亿美元）的政府资金，并得到了3.9亿英镑（约合4.8亿美元）的工业资助，用于解决四种现实问题：清洁、老龄化、移动出行和人工智能。截至2022年秋，这项挑战赛已为英国注册企业领导的139个项目提供了资金。美国国会也应该设立资金来资助一项计划，鼓励研究人员为公共部门的医疗保健、移动和能源挑战提供量子解决方案。

美国应该将量子技术视为关键的国家安全与经济要务，而不仅仅是一项科学追求。长此以往，未来的美国很有可能成为全球量子研究中心，而中国则主导商业化。为了解决这个问题，美国政府应立即采取措施弥合量子技术领域的尖端研究和市场应用之间的差距，鼓励各机构探索量子计算的现实应用。国会应该制定一个计划，要求公司为公共部门问题开发创新的量子解决方案。

虽然中国在制定量子技术国际标准方面的能力越来越强，但美国不应反应过度，尤其要避免过早地匆忙实施自己的标准。量子技术仍处于发展早期阶段，过早推动严格的标准可能会扼杀创新，在技术完全成熟之前就早早设限。美国应该专注于有机的、行业驱动的标准，这些标准会随着技术的进步而自然发展。政府过度参与标准制定可能会导致不必要的冲突并阻碍量子技术的全球进步。相反，美国应该以一种包容、灵活的方式推进标准制定，鼓励创新并根据最新的技术进展适时调整。

最后，虽然出口管制对于保护量子技术不被滥用至关重要，但政策制定者应更加合理、明智地制定此类政策，以避免阻碍创新和国际合作。量子研发是一项全球性的工程，其技术进展和供应链遍布多个国家。实施广泛的单边出口管制可能会适得其反，将美国孤立在关键的全球伙伴关系之外，扼杀人才和思想的流动——这些可能对技术进步至关重要。

美国应该着眼于更具针对性的管制措施，以应对特定风险，而不是一刀切地限制知识交流。这些措施应与盟友协调制定，以确保它们既能行之有效又与全球市场动态保持一致。通过在安全和合作之间取得平衡，美国可以在继续引领量子创新的同时保护自身利益。

来源：光子盒公众号

参考链接：

[1]https://itif.org/publications/2024/09/09/how-innovative-is-china-in-quantum/

[2]https://itif.org/about/