2024中国在量子领域的创新能力如何研究报告

霍丹·奥⻢尔和⻢丁·⻢卡良 | 2024年9⽉ 中国在量⼦通信⽅⾯的领先地位是不可否认的，但其整体量⼦实⼒有限；如果没有计算⽅⾯的突破，美国仍然占据上⻛。 要点 中国在量⼦通信⽅⾯领先，落后于计算领域（美国擅⻓的领域），在感知技术⽅⾯与美国持平，在市场成熟技术⽅⾯表现卓越，⽽美国在⾼影响领域占据主导地位。中国声称拥有超过150亿美元的公共量⼦资⾦，远远超过美国。尽管美国的私⼈资⾦更多，但中国通过⼤规模的公共投资弥补了其私营部⻔的不⾜。 中国的量⼦战略是孤⽴的，依赖国内资源，全球合作有限。这种⽅法可以快速取得进展，但在维持复杂技术进步⽅⾯存在⻓期⻛险。美国。尽管美国私⼈资⾦更多，但中国通过⼤规模的公共投资弥补了私营部⻔的不⾜。 中国的量⼦战略是孤⽴的，依赖国内资源，全球合作有限。这种⽅法带来了快速的收益，但在维持复杂技术进步⽅⾯存在⻓期⻛险。 诸如合肥的“量⼦⼤道”等政府主导的⼯业园区对培育中国量⼦产业⾄关重要，构建直接通道，将学术研究转化为符合国家重点需求的战略性、市场就绪技术。培育出中国量⼦⾏业，实现从学术研究到战略性、市场就绪技术的直接转化是⾄关重要的 中国对量⼦研发的国家控制逐渐增强，阿⾥巴巴、百度等公司退出量⼦研究，将创新与国家⽬标对⻬，降低私营部⻔参与。中国从国外的开放创新环境中获益，有选择性地参与，并保护⾃⾝的量⼦进展，营造⼀种不对称的知识共享环境。 美国应迅速增加资⾦投⼊，促进产业驱动的创新，并简化从研究到市场的路径，确保其量⼦领先地位转化为实际经济和战略收益。与它们互动，同时保护⾃⼰的量⼦进展，创造⼀个不对称的知识共享环境 美国应迅速扩⼤资⾦规模，促进⾏业创新，并简化从研究到市场的路径，以确保其量⼦领导地位转化为现实世界的经济和战略收益 目錄 主要觀點................................................................................................................ 1介紹...................................................................................................................... 3背景和⽅法 ............................................................................................................ 4中国量⼦⾏业概述 ................................................................................................... 4评估中国量⼦创新 ................................................................................................... 6中国创新哪些量⼦技术？ ....................................................................................... 6中国如何创新量⼦技术？ ....................................................................................... 9分析中国量⼦⾏业的创新投⼊................................................................................... 12科学出版物 ........................................................................................................ 12专利 ................................................................................................................. 13公司案例研究 ........................................................................................................ 15奥信量⼦ ........................................................................................................... 15QuantumCTek ................................................................................................. 15中国政府⽀持量⼦⾏业的政策 .................................................................................. 17美国应该怎么做？ .................................................................................................. 19尾注 .................................................................................................................... 22 介绍 中国正在积极推动量⼦信息科学（QIS）的发展，利⽤量⼦⼒学原理以全新⽅式处理和传输信息，⼀些这⽅⾯的进展已经超过美国在规模和范围上，使美国在量⼦领域的领先地位并不确定。量⼦技术不仅对国家安全⾄关重要，还具有对经济和社会产⽣转变性影响的潜⼒。站在这⼀技术前沿对于美国在经济和社会福祉⽅⾯都具有战略上的重要性。 总体⽽⾔，中国在量⼦通信领域占据主导地位，在量⼦计算⽅⾯落后，⽽在量⼦传感⽅⾯与美国基本持平。由国家资助的实验室、中国科技⼤学等精英⼤学，以及少数私营公司正在推动与国家优先事项紧密相关的技术。在量⼦通信⽅⾯，中国已经取得了全球领先地位，尤其通过建设世界上最⻓的量⼦密钥分发（QKD）⽹络—⻓达1,200英⾥的京沪⻣⼲⽹。再加上开创性的墨⼦卫星，将量⼦通信延伸⾄更远距离，这⼀⽹络使中国处于安全、远距离量⼦通信的前沿。然⽽，在量⼦计算⽅⾯，中国明显落后，特别是在硬件和量⼦系统的实际应⽤⽅⾯。在量⼦传感领域，中国在某些⽅⾯领先，美国在其他⽅⾯领先。 中国在更适于市场的量⼦传感⽅⾯领先，但在不太成熟的量⼦计算⽅⾯落后，这凸显了其在快速完善和应⽤现有研究⽅⾯的优势，也显⽰出其在基础创新⽅⾯存在局限性。 中国充分意识到⾃⾝优势并加以利⽤。其量⼦创新战略的核⼼是将尖端研究转化为实⽤、商业应⽤的不懈关注。政府举措已经建⽴了专⻔的枢纽，如合肥的量⼦⼤道，学术研究在这⾥⽆缝转化为市场应⽤技术。 中国的做法在国际研究发表⽅⾯显然⽐较封闭。尽管这⼀战略在量⼦通信等⽅⾯取得了快速进展，但也存在⻓期⻛险。量⼦技术发展的巨⼤成本和复杂性，以及全球分散的供应链，需要国际合作—⽽中国的⾃我封闭⽅式可能难以持续。中国受益于其他国家开放的创新环境，但明显对⾃⾝的进展保护严密。尽管利⽤全球研究，中国限制对其进展的分享，体现了保持竞争优势的战略⽅法。 美国应⽴即采取果断⾏动，确保⾃⾝在量⼦技术领导地位。这包括⼤幅增加研发资⾦，特别通过重新授权国家量⼦计划（NQI）。国会应⽀持⾏业领导的创新，解决关键公共部⻔挑战，加速量⼦技术的商业化。此外，美国应避免过早实施严格的量⼦标准，允许⾏业⾃然创新和演变。谨慎、有针对性的出⼝管制是必要的，以保护美国的进展同时保持对进步⾄关重要的思想和⼈才流动。通过平衡战略投资、创新和安全，美国可以确保⾃⼰保持全球量⼦技术前沿。 背景和方法学 史密斯理查森基⾦会向信息技术与创新基⾦会（ITIF）提供⽀持，以评估中国创新产业的情况。作为研究的⼀部分，ITIF将重点关注包括量⼦技术在内的产业和技术。 本报告中涵盖的量⼦技术包括: ▪量⼦通信，指的是开发使⽤量⼦⼒学原理确保传输信息的保密性和完整性的安全通信协议。▪量⼦计算，指开发利⽤量⼦⼒学进⾏计算的计算机，其计算速度⽐传统计算机指数级快。▪量⼦传感，指利⽤量⼦⼒学增强传感器和测量科学。 毫⽆疑问，评估任何国家产业的创新能⼒都很困难，但评估中国产业尤为困难。部分原因是，在习近平主席领导下，中国向世界披露的信息⽐以前少得多，特别是关于其⼯业和技术能⼒的信息。尽管如此，ITIF依靠三种⽅法评估了中国在量⼦领域的创新。⾸先，我们与全球专家进⾏了访谈，并举⾏了⼀个关于中国量⼦产业的焦点⼩组圆桌会议，并在此基础上进⾏了彻底的⽂献研究以评估中国在这⼀领域的创新。其次，我们评估了有关全球量⼦创新的数据，包括科学⽂章和专利。最后，我们对两家被我们的专家团队认定为中国领先公司的量⼦公司进⾏了深⼊的案例研究评估。 中国量子行业概览 尽管有⼤量报道的中国量⼦公司，但只有⼤约14家私营企业可以被确定为对量⼦技术做出重要贡献的公司，包括九家初创公司和五家主要科技公司（⻅表1）。领先的初创公司包括Origin Quantum和QuantumCTek，以及阿⾥巴巴、百度和腾讯等巨头。这五家公司控制着中国量⼦市场的最⼤份额。 近期中国大型科技公司退出量子研究领域，表明国家正在加强对中国量子研发的控制。 中国私营部⻔在量⼦技术投资⽅⾯远远落后于美国。中国初创公司资⾦严重不⾜，根据2022年RAND报告，仅有4400万美元资⾦，与美国初创公司可获得的12.8亿美元形成鲜明对⽐。2023年⻨肯锡报告发现同样巨⼤的私⼈投资差距，指出美国量⼦初创公司的总私⼈投资约为中国的10倍。 美国私⼈投资者不仅仅超越中国，甚⾄在量⼦技术投资⽅⾯也领先全球，包括超过欧盟私⼈投资逾五倍。这种主导地位不仅来⾃可获得资⾦规模，还来⾃⼀种深度致⼒于采取有益创新的⻛险的投资⽂化。中国的巨⼤资⾦缺⼝让其初创公司难以⼤⼒投⼊进⾏实质性研究，这与其资⾦更充裕的美国对应企业形成了鲜明对⽐，但中国正在将这⼀弱点转化为优势，让其初创公司专注于现有量⼦技术的商业化，并通过关于政府政策的后续部分弥补公共资⾦的缺⼝。 近期中国⼤型科技公司退出量⼦研究领域，表明国家正在加强对中国量⼦研发的控制。阿⾥巴巴和百度均关闭了他们的量⼦研究部⻔，将资产转让给国家相关机构。例如，百度将其量⼦研究设施移交给北京量⼦科学与信息学院，⽽阿⾥巴巴则将其量⼦实验室移交给浙江⼤学。⼀些分析师将这些退出归因于经济压⼒，如量⼦研究的⾼成本和不确定的回报，然⽽更有说服⼒的解释是政府正在整合控制，以确保量⼦研发更好地与国家战略⽬标保持⼀致。通过将量⼦研究集中在国家机构内部，政府不仅在减少私营公司的作⽤，还在引导创新的发展⽅向。 评估中国量子创新 为了评估中国在量⼦技术⽅⾯的进展，我们的焦点在于理解“什么”和“如何”：中国在哪些量⼦创新⽅⾯表现出⾊以及这些发展是如何实现的。虽然量⼦能⼒⽅⾯的指标（如量⼦⽐特数量、相⼲时间和⻔保真度）经常主导对于量⼦能⼒的讨论，但在涉及中国时，它们是不⾜和不可靠的进展衡量标准，因为中国的数据和⽅法背后存在着不透明性。 中国在哪些量子技术方面进行创新？ 中国在量⼦通信⽅⾯处于显著领先地位，⽽美国在量⼦计算⽅⾯处于显著领先地位。⼀位专家指出