英国量子技术的发展

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来源：中国科协创新战略研究院《创新研究报告》第46期（总第312期）2019-10-29

转自：创新研究 

编译：宋彦延 赵云波 王达

编者按：自1900年量子理论提出以来，量子力学、量子场论不断发展和完善。尽管量子科学领域仍存在许多未知有待科学家挖掘和发现，但是现有量子科学支撑下的量子技术已经深入人类生活的方方面面，甚至带来了革命性变化，成为了新一轮科技革命和产业变革的领军领域。为此，很多国家都从国家战略角度规划和支持量子科学，特别是量子技术的发明和应用。此报告借英国量子技术战略来分析量子技术在国家战略中的重大意义。

一、英国量子技术战略

为了给予英国量子技术重大支持，协调各方利益，监督英国国家量子技术相关计划的实施，英国政府成立了量子技术战略委员会，该委员会于2015年发布了《量子技术国家战略》报告。目的是指导英国未来20年与量子科学技术相关工作和投资，促进政产学研的合作，形成一个有益的、增长的、可持续发展的植根于英国的量子产业，使英国在未来的量子技术市场中占据世界领先地位，大幅提升英国的产业价值。战略指出，量子技术是基于量子物理理论产生的实用技术，促进了半导体产业以及医疗成像等最新技术及成果的广泛应用。而新一代量子技术可能是基于量子效应的工程化应用，对金融、防务、宇航、能源、电信行业都有重要影响，例如；总值高达3056亿英镑的全球半导体产业和2.5万亿美元的世界石油和天然气产业；量子通信技术嵌入5G网络无疑会带来更快的通讯体验；量子传感器在生产与建设中可以产生更精确、更有效的成果。

二、量子时代产生新机遇

量子科学为我们提供了了解世界结构的载体，包括电讯、媒体、计算以及支撑基础设施和运输通道的控制系统。而新兴的量子技术将会带来更加惊人的产品，进而深刻影响我们的生活：它们将对金融、国防、航空航天、能源和电信领域产生重大影响，并有可能以无法预测的方式改进成像和计算技术。英国是世界上量子研究的主要投资者之一，过去的20年中，在量子科学与量子技术方面取得了卓越成果，英国已经形成了一个生机勃勃的学术组织。随着科学的发展、工程技术的创新和制造业的提升，当下是英国将下一代量子技术带出物理实验室进入市场的最佳时机。

英国政府在《2013年秋季声明》中宣布投资2.7亿英镑，以推动由量子技术战略咨询委员会支持的国家量子技术计划，该计划是由商业、创新和技能部（BIS）、工程与物质科学研究理事会（EPSRC）、英国创新和国家物理实验室（NPL）、国防科学技术实验室（DSTL）和政府通信总部（GCHQ）共同管理和推进的。这些合作伙伴还将通过调整其他投资推动该计划的实施，如来自国防部首席科学顾问研究计划的3000万英镑。为了更好地发挥量子技术的优势，英国必须率先将其领先于世界的研究转化为具有创新性和市场化的产品。

国家量子技术计划已经为英国带来了一些重大变化，包括EPSRC投资建立了一系列量子技术研究中心，英国国防部投资建立了量子导航和重力探测技术研发示范机构，以及Innovate UK对企业开发量子技术的商业应用进行资助。EPSRC还投资了博士培训中心，为未来的发展培养具有高水平技能的员工。目前的投资只是英国植根量子技术产业的第一步，其作用在于创造产品创新、研发的环境与加强基础设施建设，并确保新创意能够获得稳定资助成长为新兴产业，进而刺激经济增长。

三、未来量子技术发展建议

01、加强量子技术研发的基础设施建设

与国际上其他研究量子技术的国家相比，英国拥有高质量的研究基地，2008—2012年，英国工程技术和物理科学领域的研究质量国际排名第二。因此，必须继续支持工程技术和量子物理方面的研究，并将其嵌入新的国家量子技术计划当中，目前计划投资1.2亿英镑建立量子技术研究中心，这一计划获得了17所大学，超过50个合作组织提供的6000多万英镑支持。量子技术研究中心由伯明翰大学（传感器和计量学）、格拉斯哥（量子增强成像）、约克（量子安全通信）和牛津（网络量子信息系统）共同管理。它们将为英国创造出卓越的研究和创新成果，并通过与行业合作建立集群，推动量子技术的发展。
英国还拥有强大的创新型企业基础，能通过多学科技能的融合将量子技术推向市场。这些企业为世界上许多大型创新驱动市场提供涉及光学、电子、纳米加工和真空系统等领域的产品和服务，更重要的是，这些公司需要相当程度的支持和引导，以便为量子技术的投资和开放新应用制定引人注目的商业策划和战略。

02、激发量子技术应用的市场活力

未来很长一段时间必须维持大规模的公共投资。量子技术在精密定时、传感器和计算等方面带来的重大进步，注定会对金融、国防、航空航天、能源、基础设施和电信等行业产生重大影响，虽然需要一段时间的发展，但是这种变革是突破性的。下一代原子钟和量子通信系统将为国防、电信和金融行业提供精确的定时和导航设备，预计将在未来五年内出现。用于洪水预测或建筑调查的高端地下成像量子传感器和成像技术预计将在5—10年内出现。实现量子计算为计算机系统过于复杂的问题提供解决方案，如大型搜索和优化、发现和创造新的物质和材料，可能需要10—25年的时间。早期部件和设备制造商先获得商业机会，然后是构建和使用系统的二线开发商，例如，开发和制造5G通信的人可能较早受益于新一代量子时钟的开发商。

03、优化量子技术研发人才梯队

英国需要建设一支具有极强创造能力和适应能力，并且多样化和网络化的人才队伍，以保持适当的技能平衡，确保从量子技术的新机遇中获益。量子技术向商业产品的转变需要新一代量子工程师，物理学、工程学、光子学、电子学或计算机科学专家，他们熟悉多学科的理论和基于系统的方法，熟悉创业和商业技能，并能够适应新兴行业的工作和角色。学术界、产业界和政府必须为一定数量的技术人员提供专职培训，高等教育已经率先做出回应，如通过EPSRC的队列博士培训中心和DSTL博士学位计划。

04、建立全面的技术标准和监管体系

英国必须在国内创造有利的实践环境，使其成为发展量子技术的领先国家。要促进社会和经济的发展，量子技术首先需要与英国社会各阶层进行广泛的接触，在早期阶段积极与各方利益相关者合作，这样不仅能够有效地推动创新，还将确保量子技术商业化的可行性，吸取多方建议促进建立合理的标准与监管制度。标准是未来技术发展的推动者，帮助新兴市场在供应链各环节得到国际认可。英国的目标是确保它们以适当的速度研究、开发、应用量子技术，促进量子技术在新兴市场中发挥作用。同样，规则审查通常用于在新兴市场中开拓机遇，帮助量子技术在市场中站稳脚跟。这一系列标准与监管制度的形成将成为英国量子技术战略整体愿景的重要保障。  

05、推进国际间量子技术产业合作

英国并不是唯一认识到量子技术潜在价值的国家，其他量子技术发达的国家，如美国、澳大利亚、中国、加拿大、新加坡和几个欧洲国家正在建立或已经建立了卓越的量子技术中心。然而，英国依然有机会成为量子技术的全球领导者。为在量子技术角逐中取胜，英国正在努力实现这一目标，并就如何做到这一点保持着敏锐的判断力。此外，必须正确处理国际合作带来的机遇与挑战，指导英国学术界和产业界从技术中获取价值。英国量子技术的相关从业者需要意识到治外法权产生的重要影响，这可能会限制量子产品和服务的流动和销售。考虑到这一风险，英国必须继续坚持国际合作，并以此为手段吸引更优秀的人才，接触更广泛的客户和市场，并鼓励外来投资。加强国际联系，例如，继续与欧盟委员会对话，为Horizon2020项目资金筹集择取更广泛的机会。国家量子技术计划将确保英国的量子技术研究和技术开发成为国际网络的重要合作伙伴，并促进与已建立的其他国家的量子技术研究中心之间进行有效合作。

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