中美兩國在尖端科技上的競爭越演越烈。繼5G之后，量子科技或將成為美國最為忌憚的中國科技。

10月16日，中共中央政治局集體學習量子科技。就在此前一天，美國國務院發布了《關鍵與新興技術國家戰略》，詳細介紹了美國為保持全球領導力而強調發展“關鍵與新興技術”，明確了20項關鍵與新興技術的清單，其中就包括量子信息科學。

中美為何如此重視量子科技？專家認為，量子科技是真正的未來科技，在復雜的國際競爭中，將擁有不可替代的戰略地位。那么，量子科技究竟為何物，引得大國之間竟相爭？當前，中美之間的量子科技較量如何？

量子科技將顛覆傳統技術

量子科技被頻頻提及，乍一聽很容易被認為是新型科技概念，但其實它的歷史已逾百年，而我們也早已享受到由它帶來的科技成果而渾然不覺，比如硬盤、GPS等。

量子科技的歷史可以追溯到19世紀末。彼時，開爾文提出黑體輻射，成為物理學世界的兩朵“烏云”之一。為了解決這個難題，量子力學之父普朗克提出，光的能量可以分成不連續的最小基本能量元，從而拉開了量子世界的帷幕。具體來說，“量子”是一個數學概念，一個事物如果存在最小的不可分割的基本單位，我們就說它是量子化的，并把最小單位稱為量子。

第一次量子革命催生了晶體管、激光、核磁共振、全球定位系統等現代技術，使人類進入信息時代。也是在這一次信息革命中，美國在全世界奠定了霸主地位。

進入21世紀，量子科技革命的第二次浪潮即將來臨。第二次量子科技革命將催生量子計算、量子通信和量子測量等一批新興技術，這將極大改變和提升人類獲取、傳輸和處理信息的方式和能力。

圖：世界上第一顆量子衛星Micius的示意圖（來源中國日報）

在量子信息技術中，最具有代表性的是量子通信和量子計算，這也是各主要科技大國重點搶占的戰略技術高地。量子通信是利用量子力學的基本原理對信息進行加密，具有不可克隆、不可竊聽的特性。如果中途遭到竊聽，信息將會被破壞，接收方就能察覺，具有傳統通信技術不可比擬的安全性。因此，量子通信也成為各國優先發展的重點量子科技領域。

量子計算是利用量子態的演化進行計算。經典計算機中只能處于0或者1兩種狀態之一，而量子計算機能同時處于0和1兩種狀態。由此衍生的量子算法可能大大超過當前超級計算機。

目前，非通用型量子計算機的已經實現了1000位量子比特，在特定算法上計算效率比經典計算機要快一億倍。

量子科技的應用為科技發展帶來無限的想象空間。據介紹，目前全球一年產生的數據量需要數百億個存儲量為1TB的硬盤，而未來量子存儲設備則只需要指甲蓋大小就能存儲人類幾百年的信息。這給高密度、低能耗的信息存儲帶來巨大想象空間，而基于此的大數據發展也將突飛猛進。清華大學副校長薛其坤提到，量子計算會顛覆性提高信息運算處理速度，量子通信會大幅度提升通信安全性，量子精密測量和傳感技術會在未來數字時代和萬物互聯時代有著廣泛的應用。

政策不相上下

為了發展量子科技，各國政府出臺了很多相關政策，而美國尤其表現得雄心勃勃。

近10年來，美國已通過“量子信息科學和技術發展規劃”等項目，以每年約2億美元的投入力度，持續支持量子信息各領域研究。最近兩年，美國無論是在研究、投資、還是教育上都巨資投入，并表示要成為量子信息科學標準的制定者、領導者。

早在2018年，美國便將量子信息科學上升至國家戰略層面，為此，特朗普總統簽署了《國家量子計劃法案》，宣稱絕不能容忍在量子科技領域落后。

2018年9月，白宮科學技術政策辦公室（OSTP）和美國國家科學技術委員會QIS小組委員會發布了《國家量子信息科學戰略概述》，概述了美國政府將促進美國在量子信息科學（QIS）領域處于領導地位這一議題置于優先列。

2018年12月，特朗普總統簽署了《國家量子倡議法案》，以加強美國在QIS領域的領導地位，并加速這一前沿領域的研發進度。該法案授權聯邦政府在5年內投入12億美元用于QIS的研發，同時建立了國家量子協調辦公室，并呼吁在全國各地建立新的QIS研究機構和組織。

今年以來，美國加快了布局量子科技的步伐。7月，美國能源部公布了量子互聯網發展的戰略藍圖，提出要確保美國處于全球量子競賽的前列，引領通信新時代。8月，美國政府宣布，為多學科人工智能和量子計算提供約10億美元（約70億RMB）的新資金以建設研究中心。其中，QIS為9.25億美元，人工智能為1.4億美元。量子領域占了總投資的9成，從中可窺其分量。

針對此次量子信息科學和人工智能投資金額上的懸殊，美國科學部副部長Paul Dabbar稱，對于美國國家利益而言，量子科學可能比人工智能更具影響力。美國此次在人工智能和量子信息科學的再次加碼，和中國在新興技術上的發展密切相關，美國許多政策顧問擔心，與中國這樣的競爭對手相比，美國在人工智能和量子研究方面應該不斷加碼以鞏固地位，并強調，這些技術不僅對經濟發展有幫助，而且對國家安全也有幫助。

10月，美國還開通了國家量子協調辦公室網站，并發布了聚焦八大研究領域的《量子前沿報告》。上述文件都表明，美國非常重視量子科技，決心用國家的力量大量投入。

與此同時，中國近年來對量子信息技術的重視和支持力度也逐漸加大。

2016年，我國將量子計算在“十三五”計劃中規劃為具有戰略重要性的領域。

2018年，習近平強調“以人工智能、量子信息、移動通信、物聯網、區塊鏈為代表的新一代信息技術加速突破應用”，進一步肯定了量子信息的戰略地位。

今年3月，科技部印發《關于科技創新支撐復工復產和經濟平穩運行的若干措施》要求，大力推動關鍵核心技術攻關，其中就包括量子通信。

而近日的一次也就是10月16日，中共中央政治局就量子科技研究和應用前景舉行第二十四次集體學習。

領導人在主持學習時指出，要充分認識推動量子科技發展的重要性和緊迫性，加強量子科技發展戰略謀劃和系統布局，把握大趨勢，下好先手棋。同時，領導人的講話中還從政策、資金、人才、科研、技術等方面，對大力推動量子科技發展做出了更進一步的要求。 

這也意味著，繼區塊鏈之后，量子科技這一前沿科技也成為國家戰略，得到中央層面的大力支持，成為中國增強在科技領域國際核心競爭力的一步“先手棋”。

勝算幾何？

而最惹人關注的莫過于當前中美量子科技競爭態勢如何。根據日本知識產權數據庫Astamuse的統計，美國在量子計算機領域的論文研究中占據主導地位，2014年至2018年發表了1,948篇相關論文，中國排名第二，發表了1495篇論文，其次是德國、英國和日本。在與安全相關的量子密碼學領域，中國處于領先地位，同期發表了2169篇論文，是美國（1051篇）的兩倍。

另一方面，從專利申請的數量對比來看，根據日本科學技術振興機構下屬研究開發戰略中心發布的《從全球專利地圖看量子技術2.0》調查報告顯示，在量子技術2.0共4088件相關技術專利中，中國自己就有1387件，成功居于所有國家中的第一名，美國憑借921件專利成為第二名，而日本則是憑借657件技術專利獲得第三名。

除了數量之外，我國在量子方面的專利技術含量超過其它的一些較有優勢的國家，也漸漸呈現出直追美國的趨勢，尤其是在量子計算機方面，比如，2019年2月，中國科技大學潘建偉實現基于冷原子的多節點量子存儲網絡，該項成就直接被國際權威學術期刊《自然·光子學》稱為“多節點量子網絡的里程碑”。

具體到實際的研究方面，在量子計算賽道上，美國企業可謂“高手如云”，如IBM、谷歌、微軟、英特爾、亞馬遜、高通以及最新推出其量子計算計劃的Honeywell（霍尼韋爾），都在爭相展示自己解決新型復雜計算問題的能力。

此外，這些企業還與耶魯大學、麻省理工學院、加州大學系統等科研機構聯合攻關共性技術，主要集中在超導量子計算領域，目前這些企業已經在超導量子計算領域取得較好成果。另外，在產業化方面，IBM發布超導量子比特的量子計算云平臺。而谷歌也推出了72比特的量子計算芯片“狐尾松”。

中國研究人員也在量子計算方面奮起直追。中國科學技術大學、清華大學等高校近年來都在量子計算領域取得一些階段性成果。百度、阿里巴巴、騰訊、 華為 等科技企業也相繼出臺了量子計算研究計劃。今年9月，百度、本源量子等企業先后發布了自己的最新量子計算云平臺，使普通用戶也能通過云技術使用量子計算；華為在去年也發布了HIQ量子云平臺，并在今年推出了“昆侖”量子計算模擬一體機；今年，中國科學家團隊合作開發了具備20個量子比特糾纏的芯片，并實現全局糾纏，文章已經發表在美國《科學》雜志上，刷新了固態量子器件中生出糾纏態的量子比特數目的世界記錄。

量子通信領域，雖然其仍處于發展初期，但是中國在量子通信領域已占據領先地位，有望和美國在量子計算領域一較高下。

2016年8月，中國發射了自主研制的世界上首顆空間量子科學實驗衛星“墨子號”；此后，中國科研人員利用量子衛星在國際上率先實現了千公里級的星地雙向量子糾纏分發等成果。2017年，全球首條量子保密通信骨干網“京滬干線”項目通過總技術驗收。

今年以來，在量子通信領域中國學者更是“捷報頻傳”。3月，中國科學技術大學潘建偉團隊等研究人員實現了500公里級真實環境光纖的雙場量子密鑰分發和相位匹配量子密鑰分發，傳輸距離達到509公里，創造了新的世界紀錄。5月，中國科研團隊在國際物理學權威期刊《現代物理評論》上發表論文，系統闡述了量子密碼的原理、理論和實驗技術，為量子密碼的廣泛應用以及標準化制定奠定了基礎。9月，郭光燦院士團隊與奧地利同行合作，首次實現了高保真度的32維量子糾纏態，顯著提高了量子通信的信道容量，創造了當前世界最高水平。

總結：中美在量子科技決賽的分組賽中，目前各有勝負，總冠軍還未有最后結果。BBC曾如此評價中美之間的科技競賽，“科技競爭的勝負輸贏不僅將決定中國和美國的命運，也將決定21世紀世界的走向。”大國較量，比起虛無縹緲的“國運”說，以科技領先贏得競爭明顯更能獲得中美兩國的共鳴，而量子科技或許就是中美制勝未來的勝負之手。