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十年路线图，定位全球首个“量子谷”！
这份路线图的核心主题聚焦于经济和技术主权，强调加强欧盟在这一领域转型性发展的全球角色。
它旨在确立欧盟作为量子技术的硅谷——或者说，全球首个“量子谷”的地位，得益于其创新中心、研究机构、初创企业、就绪的劳动力和数十亿欧元的投资。
这一动议紧随2023年12月发布的《欧洲量子技术宣言》之后，其最终目标是将欧洲塑造成为全球领先的量子技术卓越和创新中心。
链接：https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/library/european-declaration-quantum-technologies
SRIA协调员萨尔瓦多·西纳（Salvatore Cinà）指出：“通过整合我们的研究力量并在学术界和产业界之间建立强有力的联系，我们已经做好了在全球范围内引领量子技术发展的准备。”
“在300多位专家的贡献下，SRIA为欧洲量子技术的战略发展和路线图提供了明确的指导。”
新路线图建立在欧洲量子协调与支持行动‘QUCATS’的框架下，由法国原子能与替代能源委员会（CEA）协调，并提出了针对未来计划的具体建议，目标是将当前分散的研究、工业化、计算和通信等量子议题整合为一个统一的战略。
这一简化的路线图将使欧盟委员会能够更有效地规划未来所有的量子技术投资。
在本文中，光子盒团队精心整理并筛选了一些关键内容，欢迎感兴趣的读者点击文末“阅读原文”，获取完整版文件。
一、量子技术的四大支柱1.1. 量子计算1.2. 量子模拟1.3. 量子通信1.4. 量子传感与计量二、量子资源、创新、产业化和社会影响2.1. 基础量子科学2.2. 工程与使能技术2.3. 教育与劳动力发展2.4. 标准化2.5. 私人和公共资金2.6. 知识产权2.7. 国际合作与出口管制三、欧洲量子生态系统的演变与发展
此外，它还勾画了量子通信网络的发展蓝图。该议程提出了短期行动和建议，旨在通过采用基于量子物理定律的先进量子加密协议，增强网络的安全性。
通过共享和分配诸如叠加态和纠缠态等量子资源，长期目标是在欧洲建立量子互联网——一个将各种量子设备（包括计算机、模拟器和传感器）连接起来的网络。
如果路线图中的建议得到落实，欧洲将有望在全球竞争激烈的量子技术赛道上处于领先地位，旨在2030年之前显著提升量子技术的性能与成熟度。
量子计算的核心重点在于发展通用量子计算机和纠缠态，这涉及到从单个量子信息处理模式到量子机器在各类应用场景中的算法和最终应用的多层次技术重组。
其主要目的是开发能够解决工业、科学和技术问题的量子计算设备。
量子优势体现在多个方面：它可能意味着以更快的速度、更高的精度、更低的能耗和总体运营成本解决实际问题。
当前，首代量子计算设备在噪声中间量级（NISQ）体系中运作，存在噪声量子位且缺乏量子纠错。
未来的研究将探索在没有量子纠错的情况下短期内实现量子优势的可能性。
长期目标是开发容错量子计算机（FTQC），即大规模量子计算机，并在它们之间构建量子信息的交换网络，形成基于量子计算和量子通信能力的“量子互联网”。
量子计算预计将在未来几十年为工业和社会带来巨大的潜在经济和社会价值，众多已知的量子算法相较于传统解决方案提供了超多项式的性能提升，推动了量子计算机的发展。
此外，为了抵消性能的常见漂移或损耗，需要定期优化量子比特性能。
为实现大规模量子计算，容错量子计算成为必要条件，这要求大量增加物理量子比特以获得高质量的逻辑量子比特。
量子计算的全面实现还涉及到量子系统所有组件的优化，包括量子比特的复制能力、控制信号的一致性、以及根据QEC方案优化的信号交换。
总之，实现容错量子计算（FTQC）系统的复杂性要求跨学科的理解和系统级架构设计，引入复杂系统设计中的专业知识将有助于找到优化的架构，克服这种复杂性的挑战。
量子操作系统则管理量子硬件和用于表征及控制量子比特的经典硬件，提供用户输入指令和接收量子计算结果的界面。编译器分析量子算法并将其高效映射到现有的量子硬件上，考虑量子比特间的连接和拓扑结构。
软件开发工具包（SDK）支持调试和测试，而专用的编程语言描述不同抽象级别的量子算法。运行时系统支持动态编译和算法模板的动态实例化。
此外，还需多级调度解决方案和高级库以及特定领域工具包。
量子计算平台即服务（QC-PaaS）和在数字超级计算机上运行的量子计算模拟器对于验证和设计量子计算同样至关重要。
这一层，通常作为通用量子软件开发工具包（SDK）的一部分，以特定API或编程语言的形式存在，旨在量子门级别实施算法，同时提供高级访问选项通过特定领域语言（DSL）或库。
它还允许低级访问，如为特定实验提供直接的脉冲控制。用户可通过向SDK提供凭证，在实际量子计算机或模拟器上执行算法。
未来的发展机遇在于将量子计算与现有的高性能计算基础设施模块化集成，以执行重要的量子-经典混合计算模型。
此外，云访问正在成为提供和商业化量子计算的重要模式，强调了将量子控制资源整合到欧洲云提供商和全球云使用欧洲量子技术的重要性。
这些算法通过一系列量子门（基本操作）组成量子电路来实现。它们通常基于一些基本原则，如哈密顿模拟、相位估计、量子搜索或量子线性方程求解器，每种原则都衍生出多种量子算法。
中期目标（2027-2030年）旨在演示配备误差缓解功能的量子处理器；开发适合NISQ硬件的新量子算法；开发新的算法基元，展示具有量子优势的算法；协调材料、量子器件物理、量子比特控制等方面的研究和开发；以及为集成光学和超导电子学开发综合工具链和模块库。
量子模拟通过模拟相似量子系统的计算方法来探索量子系统（如分子或晶体）的物理特性，而非直接测量。这种方法在经典计算机上难以实现，因为超过30个粒子的系统的精确计算几乎不可能。
量子模拟器，也称作模拟量子计算机，虽然不是通用计算机，但对基础科学、材料研究、量子化学等领域极为有用。
它们比数字量子计算机更易构建，因为对量子比特的质量要求不高，尽管缺少量子纠错能力。
量子模拟的应用潜力巨大，特别是在需要解决复杂计算问题的领域。
要发挥量子计算系统（QCS）的最大实用潜力，需将其与传统计算系统，特别是高性能计算系统整合。
这包括开发应用和系统接口，使QCS能作为高性能计算中心的加速器，以及协调欧洲在量子技术开发和商业化方面的领先地位。
量子通信领域致力于设计先进的硬件、工具和协议，实现远距离用户间的量子信息交换。
以光为量子信息的载体，量子通信网络的宏伟蓝图逐步展开，预示着随着硬件和软件的日益复杂化，将引入更加先进的功能。
目前，该领域的研究和发展主要集中在以下几个关键方向：
安全通信网络技术：特别是量子密钥分发（QKD）等技术的应用，旨在通过点对点及城域网络规模的链路实现安全通讯。对于某些应用，这些技术已经达到了较高的技术成熟度（TRL）水平，并已有商业产品投入市场。尽管如此，集成和互操作性等方面仍然面临重大挑战。
量子通信的全球化研究与发展：致力于解锁量子通信为全球用户带来的全部好处，特别是实现长距离量子通信，并通过分布纠缠态为用户提供更高级的功能。
这一整体愿景包括开发一个欧洲的量子网络，该网络不仅补充并扩展现有的数字基础设施，而且为量子互联网的建立和技术进步提供支持。
为了实现这一目标，本文聚焦于量子通信的三个核心领域：
性能提升：旨在提高量子通信的比特率、保真度、链路距离、部署能力和鲁棒性。
集成与互操作性：着重于将量子通信技术与传统网络基础设施、密码服务、以及光子和电子平台融合，确保与量子计算机、量子模拟器和量子传感器的兼容性。
产业化：旨在实现可持续且具有成本效益的技术解决方案，在多个领域提供明显的成本效益优势，同时在欧洲创造财富和就业机会。
这些领域利用物理量的量子化特性，开发出能够提供极其精确、准确和敏感的测量技术。
量子传感器和成像技术预计将在众多领域大放异彩，显著提升消费设备和服务的性能，特别是在医疗诊断和成像、高精度导航、以及地球观测和监测等关键应用中。
在量子计量学方面，验证、认证和可追溯性的实施是确保量子技术成功市场化的关键步骤。
这些过程由独立专家负责，确保量子技术的准确性和可靠性，为其在各行各业的应用提供坚实的基础。
这一系列措施不仅促进了量子技术的发展，也为其广泛应用奠定了信任和效能的基石。
为了实现这一目标，路线图强调了平等、多样性和包容性的重要性，确保各种背景的技术专家都有机会加入欧洲的量子技术行列。
进一步地，SRIA建议欢迎希望将量子技术整合进其产品和服务的工业与学术界参与者。
特别是，高性能计算（HPC）行业正准备将量子硬件作为其基础架构的一部分，以此作为加速器，从而增强计算性能，并着手解决一些社会上的关键问题，如新药的开发、能源生产与储存的新材料研究，以及物流与运输的优化。
同时，通信行业也正在准备通过量子技术增强未来网络的安全性和性能。
半导体行业亦计划将量子技术融入其发展蓝图，满足量子芯片的专用测试与生产线需求，以及量子与经典芯片整合技术的需求。
SRIA还特别强调了在欧盟层面上继续进行合作和提供财政支持的必要性，这将超越单个成员国的能力范围。
在量子技术倡议的推动下，欧盟27个成员国已经通过国家量子倡议投入了大量资源：过去五年中，对这些努力的集体投资额已超过57亿欧元。
SRIA致力于将这些倡议融合为一个统一的欧洲战略，并保持其一致性，以促进量子技术的发展和应用。
1）基础量子科学
正如2022年诺贝尔奖所彰显的那样，贝尔定理等基础理论的科学界认可经历了数十年的时间。现在，这些理论的应用已经使欧盟成为量子科学和技术的关键发展舞台。
基础科学不仅因其内在价值而吸引着充满好奇心和创造力的学生探索科学挑战，它还是培养未来量子工程师的沃土，为满足量子产业不断增长的人才需求提供了基础。
基础科学研究对未来技术的发展至关重要，因为我们尚不清楚哪种特定的量子技术能够突破可扩展性的限制，不同的量子技术应用需要不同的技术路径。
目前由欧盟资助的合作研发量子技术项目便是基于此前基础研究资助的成果。为了确保未来的持续发展，对合作基础研究的资助至关重要。
创新往往源于不同领域基础研究人员的合作，因此泛欧盟项目的作用不可或缺，这不仅限于欧洲研究理事会资助的项目。
基础科学资助的有效性已得到广泛认可。与将研究成果转化为高技术成熟度等级（TTRL）产品的成本相比，基础科学的投资几乎可以忽略不计。
通过持续投资基础研究，欧洲能够保障其在量子技术领域的战略地位，不仅能抵御即将到来的范式转变的影响，还可能主导这些变革。
简而言之，投资基础科学不仅是对人类知识的投资，更是经济层面上的明智选择。
2）工程与使能技术
欧盟当前正在实施几个宏大的工程项目。
量子旗舰计划作为其中一项重点，已经启动了旨在支持量子试验线以及相关测试和实验的新举措。
通过两项专门的框架伙伴关系协议（FPA），这些新举措预计将在2023年春季正式签署，开启首批专项拨款协议（SGA）的实施，标志着前述活动的落地第一步。
在各研究与技术组织的支持下，量子技术旗舰计划正致力于建立首条量子试验线，旨在整合不同的专有量子芯片和组件设计与制造技术，以实现与现有制造基础设施的协调与兼容。
量子试验线在实现从研发到产业化转换路径中扮演着至关重要的角色，Qu-Pilot项目则是推动欧洲量子产业发展的关键举措。
先导线倡议旨在满足量子旗舰项目内开发技术的扩展制造需求，以及无晶圆厂量子技术企业（专注于设计而非实际制造的企业）的基础设施支持需求。
这包括为量子计算、通信和传感等应用制造超导和半导体量子比特、集成电子和光子电路、超导电子器件以及金刚石器件的代工厂。
测试和实验（Qu-Test）平台联合网络，聚集了欧洲区域技术组织（RTO）和国家计量研究院（NMI），为欧洲量子产业提供测试和验证服务，支持建立可信的供应链。
此外，该网络旨在协调量子设备计量相关的方法和程序，为量子技术标准的制定做出贡献。
特定应用和技术的FPA和SGA，如OpenSuperQplus项目，侧重于基于超导量子比特的量子计算。
欧洲级联合事业（如关键数字技术（KDT））也为大型合作项目提供资金支持，其中包括ESCEL项目MATQu，主要研究超导量子计算所需的元件和材料。
在未来几十年内，量子技术预计将成为重要的经济推动力，为高科技领域带来显著的附加值。
这将在应对关键社会需求和挑战、特别是增强欧洲技术独立性方面发挥关键作用。
从这个角度看，量子技术领域预期将创造大量新的就业机会，为具备相关资格的人员开启职业发展的新道路，预计就业岗位将经历指数级增长。
因此，为当前和未来的市场准备好劳动力是至关重要的。
为保持欧洲在量子技术领域的领先地位，积极应对劳动力市场的变化显得尤为重要。
专业人才的短缺可能削弱欧洲的竞争力和技术主权，阻碍技术和工业的进步。这种技术人才短缺的影响已在多个高科技领域显现，对增长率产生了负面影响。
大学中的跨学科本科课程将引入根本性的变革，使不同学科的学生能够涉猎量子科学和技术。目前，大约有40个专业硕士课程聚焦于“量子技术”和“量子工程”，欧盟应支持和促进这些课程，特别是在计划和努力的同步与协调方面，以形成一个泛欧教育和劳动力战略，实现整个欧洲的兼容、协同和流动。
然而，初步估计表明，这些课程的毕业生数量远远不能满足行业对技术人才的需求。
因此，针对已在行业中的员工的资格提升计划也必须大规模开展。许多研发部门的员工已经接触过量子物理领域的研究，通过适当的培训措施，这些知识可以在组织内部得到更新和扩散。
此外，还需关注技术供应商与最终用户之间的区别，以及各自对量子技术知识和技能的需求。量子技术的知识不仅对传统量子物理学课程的学生重要，新的受众也需要接受培训以使用量子技术，这包括本科生和终身学习课程的参与者。
欧洲量子准备中心（EQRC）的成立旨在协调整个劳动力发展过程中的量子旗舰项目，通过提供资源、在线视频播放列表和开源教育培训模块，支持教育和培训机构根据不断发展的行业需求进行调整。
EQRC将通过广泛的利益相关者访谈和全面分析工作岗位及其他在线数据源，对行业需求进行定性和定量评估，确保教育和培训生态系统的所有参与者都能获取最新的最佳实践信息，并通过提交描述其量子准备工作的协议，获得公众认可。
量子技术的标准化是推动其可靠性、一致性以及与现有基础设施、系统和组件互操作性的关键因素，这对于加速市场吸纳量子技术至关重要。
标准化的范围远不止于构成认证基础的要求，它还包括定义词汇、术语、质量基准、模型、交换协议等多个领域，旨在确保清晰和统一的沟通以及技术的兼容性和可靠性。
鉴于其他国家在国际标准化机构中的显著影响力，欧洲采取主动策略以制定和推进自己的标准显得尤为重要，以避免最终不得不适应可能损害欧洲技术优势的外国标准。
通过在欧洲层面上推动标准化，不仅有利于在国际标准化过程中树立统一而强有力的欧洲声音，还可以基于欧盟国家之间紧密的社会、文化、科学和经济联系，在欧洲经济区内更快地达成有力的共识。
为了对各种量子技术进行公正和可靠的比较，从而为用户提供评估量子解决方案的工具，定义和制定一套基准变得尤为重要。这些基准有助于评价解决方案的进步、性能和能力。
最近的一项调查显示，制定标准化基准、度量标准和测量方法是学术界和工业界的一项强烈需求，反映了对于量子技术发展和评估的共同关注点。
量子技术已被欧洲的创业公司和大企业视为关键的战略性技术，目标是培养出能与当今科技巨头相媲美的欧洲企业。
量子技术不仅是未来科学进步的基础，而且有潜力推动从新材料到新分子等领域的发现，进而促进多个行业的技术进步。
欧盟及其成员国已经开始建立资助机制来支持本地量子公司，类似于全球其他国家政府的做法。然而，欧洲的私人投资者在这方面尚未完全跟进。
最近的一份麦肯锡公司报告指出，尽管欧盟约占全球量子技术初创企业和中小型企业的25%，与美国相当，但在该领域的私人投资只占5%，仅为美国的十分之一。
这种差异不仅由资金规模和量子技术的专业性造成，也与欧洲投资文化中固有的风险规避态度有关，这限制了欧洲商业量子技术市场的竞争性扩展。
欧盟与其成员国已经建立了支持本地量子公司的资助机制，主要通过欧洲投资银行（EIB）、欧洲创新理事会（EIC）和欧洲投资基金（EIF）实施。
这些机制在降低私人投资风险和吸引新资本方面发挥了重要作用，尽管这些基金的规模和部署速度未能满足全球量子领域竞争的实际需求。
面对当前经济衰退的影响，风险资本对初创企业的资助在过去12个月中骤减了50%以上。资本的稀缺可能导致拥有创新知识产权专利的公司无法获得融资，进而被迫以低价出售给外国竞争者，这将企业置于极其不利的地位。
紧急且坚定的措施可以扭转这一趋势，确保欧盟公司在全球量子技术商业化竞赛中保持领先地位。
欧盟已经通过推动第二次量子革命并建立全面的公共资助生态系统，证明了其对量子技术发展的承诺，仅次于中国，位居世界第二。
量子技术领域的创新不仅仅局限于硬件，软件方面的贡献同样重要，如量子计算机上执行的操作所涉及的算法（以量子电路的形式描述）以及各种协议（例如量子密钥分发，QKD协议）。
这类专利申请通常包括应用用例、算法的改进、协议及其控制功能等方面。
欧洲专利局采用的所谓的CPC（协作专利分类）系统表明，量子算法、量子电路、纠错方案、量子模拟、量子机器学习以及基于云的量子计算等都是专利申请中的热门主题。
过去十年里，量子研究领域新知识产权的创造显著增加，导致了大量的专利申请和注册。
这反映了日益增长的兴趣，旨在将量子技术的研究成果转化为创新的量子产品和解决方案。
地缘政治在全球量子市场的发展中扮演着日益重要的角色。尽管某些量子技术如重力传感器已经相对成熟，但许多其他量子技术仍处于初期阶段。
在这一背景下，出于对量子技术未来潜力的考虑，过早和广泛地施加出口管制可能会对全球量子市场的发展构成威胁，甚至可能导致某些量子技术领域的发展停滞。
因此，欧盟委员会有必要尽早与志同道合的国际伙伴展开对话，特别是通过新成立的贸易与技术理事会（TTC）与美国等国家讨论量子产业的共同发展路径。
与志同道合的国际伙伴建立积极的合作关系对欧盟量子产业的发展至关重要，这种合作涉及教育、人才流动、标准化等多个领域，显示了一个全面和协同的国际合作框架的重要性。
量子基础科学不仅是现有量子技术发展的推动力，也是孕育创新概念的源泉。
在量子旗舰项目取得的显著成就推动下，自2018年启动以来，欧洲的量子生态系统已经显著扩展。量子产业联盟（QuIC）的成立，旨在增强欧洲量子技术产业的竞争力和经济增长。
QuIC的宗旨是促进整个欧洲大陆的价值创造，并构建一个强大的欧盟量子生态系统，特别是在“地平线欧洲”和“数字欧洲”计划中，已经启动并即将完成的两个关键基础设施项目——欧洲量子通信基础设施（EuroQCI）和欧洲量子计算和模拟基础设施（EuroQCS），分别旨在构建跨欧盟的安全量子通信框架和将量子计算机与模拟器集成入欧盟的高性能计算基础设施中。
此外，为了将旗舰计划的成果转化为市场驱动的创新，支持量子芯片的开发和制造变得至关重要。
欧洲芯片法案将补充开放的量子技术测试、实验和试生产能力，为量子技术创新者提供了原型生产铸造厂和专门的测试设施。
过去五年，欧洲已经出现了多个国家量子计划，这些计划投入了大量资源，支持旗舰计划的各个领域以及相应的使能科学和技术、培训和创新。
总体而言，这些努力的投资总额超过了57亿欧元。
除了自上而下的倡议，量子技术社区还通过主要的自下而上的资助支持，如欧洲研究理事会（ERC）、玛丽-斯克沃多夫斯卡-居里行动（MSCA）和欧洲计量研究创新计划（EMPIR），成功地推进了量子技术的研究和创新。
量子科学与技术的发展涵盖了从基础研究到商业服务或产品提案的广泛项目和倡议，涉及广泛的平台和成熟机制。这种多样性是欧洲生态系统的一大优势，同时也是一大挑战，尤其是在缺乏有效协调和管理的情况下。
现在，必须谨慎地将这些新举措纳入旗舰计划的管理结构中，确保在欧盟一级进行集中协调，以实现临界质量和高效协作。
根据芯片法案统一和协调国家量子计划，将有助于实现规模效应，推动协同增长和资源优化，从而确保欧盟在全球量子科技竞争中保持领先地位。