2025/5/16 08:09

美國ITI為何選此時間節(jié)點發(fā)布《量子技術政策指南》？

天翼智庫

2025年4月14日，美國ITI（信息技術產(chǎn)業(yè)委員會）發(fā)布《量子技術政策指南》。目前美國正處于多個方向量子技術從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的關鍵窗口期，ITI認為在量子技術領域尤其是量子計算方面搶占先機，能夠為美國帶來顯著的戰(zhàn)略優(yōu)勢，ITI在此時間節(jié)點發(fā)布的指南聚焦于建言美國政府全力解決產(chǎn)業(yè)化瓶頸問題。目前中美在三大量子產(chǎn)業(yè)化方向各有優(yōu)勢，專利數(shù)量及產(chǎn)業(yè)化配套水平差異較大，預計中國將按照差異化路徑進一步開展量子產(chǎn)業(yè)競賽。

發(fā)布背景

目前美國正處于多個方向量子技術從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化的關鍵窗口期。美國自2018年通過《國家量子倡議法案》(NQIA)后，在美國政府統(tǒng)籌、產(chǎn)學研各類機構協(xié)同推進下，部分量子技術已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化條件或已經(jīng)開始產(chǎn)業(yè)化。一是量子混合計算系統(tǒng)已經(jīng)證實具備復雜場景精確模擬能力并在醫(yī)藥、材料學和復雜政務等領域開始應用。近期研究表明，量子計算與人工智能、高性能計算（HPC）在分析催化反應方面具有高度協(xié)同潛力，借助于大規(guī)模的密度泛函計算(DFT)，特別適合于量子-經(jīng)典混合工作流程和復雜映射環(huán)境。2025年2月，通用動力信息技術（GDIT）和量子計算設備制造商 IonQ 宣布合作，旨在提高聯(lián)邦政府機構的量子計算能力。與此同時，量子芯片技術取得關鍵突破，使得量子計算機有望數(shù)年內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)。2025年2月下旬，微軟公司與國防高級研究計劃局（DARPA）合作推出全球首款基于拓撲導體的量子芯片“Majorana 1”，未來可擴充到單個芯片放置100 萬個量子比特，大幅縮短公用事業(yè)量子計算投產(chǎn)時限。二是量子傳感器的精確測量能力已經(jīng)達到醫(yī)學、國防等領域需求。根據(jù)2025年1月美國政府責任署（GAO）報告，量子傳感器是目前最為成熟的量子技術形式，可用來測量時空、重力和電磁場，典型商業(yè)化用途如磁共振成像(MRI)。目前美國能源部正在與國防部、美國宇航局合作，開發(fā)可供多個機構使用的量子傳感技術。三是立體式后量子密碼加密算法體系將廣泛應用于金融支付通訊和加密衛(wèi)星通信。美國國家標準與技術研究院（NIST）于2025年3月宣布將Hamming Quasi-Cyclic（HQC）算法列為后量子密碼（PQC）標準化的后備型防御算法，這是自2016年12月啟動PQC準化項目以來，經(jīng)過對70多種算法進行長期評估與篩選，已經(jīng)確定的既能抵御量子計算攻擊又與現(xiàn)有通信協(xié)議兼容的第五種算法，預計2027年HQC標準將會落地。

指南主要內(nèi)容以及戰(zhàn)略考慮

ITI認為在量子技術領域，尤其是量子計算方面搶占先機，能夠為各國和私營企業(yè)帶來顯著的戰(zhàn)略優(yōu)勢。要取得這些戰(zhàn)略上的進步必須克服多重挑戰(zhàn)，比如高昂的研發(fā)成本、供應鏈難題、技術的不確定性以及培養(yǎng)熟練勞動力的挑戰(zhàn)。指南全文著重于提出美國量子技術發(fā)展的六大政策基石，聚焦于解決產(chǎn)業(yè)化瓶頸問題，主要內(nèi)容包括：一是多種手段釋放創(chuàng)新與投資活力。包括四點，推動通過《國家量子計劃重新授權法案》，通過公共資金長期資助高風險/高回報基礎研究；通過稅收優(yōu)惠、聯(lián)合研發(fā)計劃（如美國的NQI法案）激勵企業(yè)投資；推動量子計算與經(jīng)典計算的混合應用，加速技術落地和商業(yè)化；加強量子出口管制政策協(xié)調(diào)，在技術保密與開放創(chuàng)新間尋求平衡，如量子傳感領域的出口限制談判。二是構建韌性供應鏈和技術人才儲備。一方面增加供應鏈的自主可控和多元化供應，如減少對單一國家或企業(yè)的依賴（目前芬蘭生產(chǎn)稀釋制冷機、德國生產(chǎn)特種光纖），另一方面加強本土人才培養(yǎng)，滿足量子技術生態(tài)系統(tǒng)所需的各類專業(yè)人才隊伍需要。三是加快部署，應對網(wǎng)絡安全挑戰(zhàn)。一方面評估現(xiàn)有加密體系漏洞，推動標準化進程（如NIST的PQC項目），加快后量子密碼（PQC）部署；另一方面，建立國家級測試平臺，模擬量子攻擊對金融、國防等關鍵領域的影響，積極應對量子威脅模擬。四是建立平衡治理機制。一方面建立風險適應性監(jiān)管，根據(jù)具體使用背景制定差異化的管理規(guī)則，避免妨礙創(chuàng)新。另一方面，對現(xiàn)行的數(shù)據(jù)保護等法規(guī)進行評估和根據(jù)量子應用特征進行調(diào)整。五是加強國際合作，主導技術走向、避免技術碎片化。通過與行業(yè)標準組織（ISO/IEC量子技術工作組）開展國際標準協(xié)同，通過全球多邊對話平臺“量子發(fā)展小組”（Quantum Development Group）協(xié)調(diào)技術路線與供應鏈。

目前中美量子領域三大產(chǎn)業(yè)化方向各有優(yōu)勢

目前與美國相比，中國在量子通信、量子計算和量子傳感三大產(chǎn)業(yè)方向各有優(yōu)勢領域，主要表現(xiàn)為：一是中國在量子通信工程化應用和網(wǎng)絡規(guī)模上顯著領先，美國實際部署進度滯后。中國一方面在量子基礎設施與規(guī)模化部署保持全球領先，如擁有世界上最長的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡“京滬干線”以及“墨子號”量子通信衛(wèi)星等，在安全、長距離量子通信方面走在世界前沿，另一方面在量子密鑰分發(fā)（QKD）、量子隱形傳態(tài)以及量子隱形傳態(tài)與經(jīng)典通信共存技術等核心技術上實現(xiàn)領先，量子通信專利數(shù)量占到全球的49%。二是美國在超導量子計算硬件性能、算法專利和商業(yè)化方面更為領先，中國在光量子計算技術領域具有獨特優(yōu)勢。在量子硬件方面，美國的硬件技術優(yōu)勢明顯，超導量子計算專利全球占比56%，IBM、谷歌等公司推出了多款高性能量子計算芯片，如谷歌公司第一個低于閾值（在增加量子比特數(shù)量的同時降低錯誤率）的最新量子芯片Willow，在量子比特數(shù)量、芯片性能以及可擴展性方面取得顯著進展。中國是全球唯一在光量子計算（“九章”）和超導量子計算（“祖沖之號”）兩種技術路徑并行發(fā)展的國家。在量子軟件方面，美國科技公司和研究機構共同建立了相對完善的量子計算軟件生態(tài)系統(tǒng)，如谷歌的TensorFlow Quantum等。中國在量子計算軟件生態(tài)系統(tǒng)完善程度上有所不如。在商業(yè)化方面，美國企業(yè)積極推動金融、制藥、材料科學等領域的商業(yè)化，并吸引了大量投資。中國在通信、金融、國防等領域也取得了一定應用成果，但在商業(yè)化深度上與美國存在差距。三是在量子傳感領域中美兩國實力相當，各有所長，競爭激烈。中國量子傳感在空間精度領先水平更高，目前已在電力監(jiān)測、芯片制造等領域使用的量子電流傳感器和探測傳感器已達到原子級別，而美國的量子重力儀和量子雷達技術的時間精度更高，達到10 1 秒水平。

建議我國進一步補齊短板，贏得量子產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。

一是著力于縮短超導量子技術路線的核心技術差距。目前我國發(fā)現(xiàn)光量子技術雖然存在可在常溫下運行、硬件成本相對較低以及能與光纖及集成光學技術兼容等優(yōu)勢，但是在邏輯門的可編程性有限，在通用量子計算任務中表現(xiàn)一般，也不能滿足藥物設計、新材料研發(fā)、金融建模等高計算強復雜度計算需要，更適用于量子通信、量子網(wǎng)絡領域。中國仍需加強對美國超導量子比特數(shù)量與穩(wěn)定性領先等指標的趕超。

二是加強量子多個產(chǎn)業(yè)方向的商業(yè)化應用廣度和深度。我國企業(yè)雖在量子通信（如量子密鑰分發(fā)）領域保持應用領先，但跨行業(yè)應用（如金融、能源）仍處于試點階段。建議未來推動“量子算法+AI大模型”的復雜求解的行業(yè)應用落地,為金融證券、電網(wǎng)調(diào)度、醫(yī)療制造等高端私有環(huán)境客戶，提供復雜問題求解場景的并發(fā)計算解決方案。可借鑒美國IBM與摩根大通合作推出多個成熟案例的做法，強強聯(lián)合，在量子金融的投資組合優(yōu)化、量子制藥的高分子模擬等領域打造深度應用，如與金融機構深度合作開發(fā)量子優(yōu)化算法用于全球資產(chǎn)配置，聯(lián)合知名藥企建立量子藥物模擬平臺，縮短新藥研發(fā)周期。

三是引導推動“政產(chǎn)學研”聯(lián)合創(chuàng)新生態(tài)，克服卡脖子問題。美國量子產(chǎn)業(yè)以私營企業(yè)（IBM、谷歌）為主導，形成“技術研發(fā)-資本投入-市場轉化”閉環(huán)，并已形成成熟的開發(fā)工具鏈（如Qiskit），目前美國多名國會參議員也正在有意識地呼吁增強量子技術社區(qū)建設。中國量子產(chǎn)業(yè)領域目前缺少足夠體量的龍頭企業(yè)，整體產(chǎn)業(yè)生態(tài)嚴重依賴于政府項目，技術領先企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)初創(chuàng)公司參與度較低，在量子編程語言、算法庫等軟件層面臨“卡脖子”問題，迫切需要“政產(chǎn)學研”各界通力合作，打造聯(lián)合創(chuàng)新生態(tài)。

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