英德日澳量子产业科技创新能力评估及启示
英德日澳量子产业科技创新能力评估及启示
量子技术是新一轮科技革命和产业变革的前沿领域，也是全球各国前沿布局的焦点领域之一。虽然量子技术的许多应用仍处于早期阶段，但在理论上有望在信息收集、信息处理和通信等方面提供远远超过现有系统的能力。
全球各国加快布局量子产业
2022年美国兰德智库发布《美国和中国量子产业评估报告》，对美国和我国的量子产业进行评估。2023年至今，德国、英国、澳大利亚、印度、丹麦等相继更新或出台国家层面的量子技术行动计划或战略，如《德国技术行动计划》《英国国家量子战略》《澳大利亚国家量子战略》《印度国家量子任务》《丹麦国家量子技术战略》，加快量子技术政策支持和顶层规划。2024年，北约发布了其首个量子战略摘要，旨在确保该联盟在量子技术领域保持领先地位。为了解全球量子产业科技创新能力，推动我国量子产业高质量发展，有必要对除中美之外的其他国家的量子产业科技创新能力进行深入评估和分析。
2023年11月，美国兰德智库发布《美国-盟友量子产业评估报告》（以下简称《报告》），《报告》认为，10年前，几乎所有的量子技术科学研究和开发都是在学术实验室内进行的，但是当前量子产业在世界各地迅速增长，量子技术商业化进程已经开始。《报告》延续了2022年兰德智库发布的《美国和中国量子产业评估报告》的衡量标准，从政府资助、科学产出、技术成就和商业活动4个方面深入评估了澳大利亚、丹麦、芬兰、德国、日本、荷兰、韩国、瑞典和英国等美国9个盟友的量子产业发展情况。《报告》发现，在量子计算、量子通信、量子精密测量三大应用领域中，英国和德国是继美国和中国之后，科研总产出最高的两个国家，日本次之，但专利申请总量领先。虽然澳大利亚在评估指标上并不领先，但其为澳英美联盟成员。基于此，本文将英国、德国、日本、澳大利亚作为深入分析对象，并根据《报告》对4国的量子产业科技创新能力进行评估分析，最后围绕科学产出、技术研发、商业活动3方面就巩固提升我国量子产业科技创新能力提出建议。
英德日澳量子产业科技创新能力分析
基于全球学术信息数据库Web of Science，《报告》围绕量子计算、量子通信和量子精密测量构建了3个涵盖2012—2021年期间出版物的数据集。基于《报告》，从政府资助、科学产出、技术成就和商业活动4个维度对英国、德国、日本、澳大利亚4国的量子产业科技创新能力进行评估分析。
政府资助
英国政府资助水平领先，德国、日本次之，澳大利亚政府资助水平较低。英国政府用于量子技术的资金总额在9个国家中位列第1，近10年已投入10亿美元资助量子研发。2023年英国出台《国家量子战略》，并宣布将在2024—2034年投入30亿美元用于量子技术研发及应用。
德国政府用于量子技术的资金总额在9个国家中位列第2，2023年德国联邦政府通过了《量子技术行动计划》，将提供30亿欧元以确保德国对量子技术的主导权。
日本政府资助在9个国家中位列第3，与英国、德国相比其资助水平较低，不及英国的30%。日本理化学研究所和日本科学技术厅提供了在量子技术方面的大部分开支，日本理化学研究所类似于美国国家科学基金会，其年度预算约为7亿美元，日本科学技术厅约为13亿美元。
澳大利亚资助额在9个国家中排名第5，不及英国的15%，主要来源于联邦政府和两个州政府。近20年来，澳大利亚研究委员会资助了7个卓越中心的量子研究，总额为1.89亿美元。2017年以来，联邦政府投资近1亿美元用于两个量子卓越中心的建设。维多利亚州资助1900万美元建立量子技术中心，用于人才培养以及增强玻璃气室和光子制造能力。新南威尔士州投入1000万美元建立悉尼量子学院，悉尼量子学院总部设在悉尼大学，与其他3所当地大学合作，通过奖学金、跨机构合作和其他学术资源为量子信息科学的学生提供教育机会。
科学产出
《报告》基于各国的科学出版物对科学产出规模和特征进行了评估分析。
从科学产出的领域看，英国、德国、日本、澳大利亚4国在量子技术三大应用领域的科学产出比例相似，量子计算领域的科学产出最多，量子通信次之，量子精密测量最少。
从科学产出数量看，德国、英国总量明显高于其他盟国，日本、澳大利亚次之。2012—2022年，在9个美国盟友中，德国在量子计算和量子精密测量领域的科学产出数量位居第1，量子通信位居第2，英国在量子通信领域的科学产出数量位居第1，量子精密测量和量子计算均位居第2。日本、澳大利亚在三大领域的科学产出数量分别位居第3位和第4位。
从科学产出的合作企业看，德国、英国、澳大利亚3个国家与国际企业的合作密切，日本更面向国内。在量子计算、量子通信、量子精密测量三大应用领域中，与德国合作最多的企业是中国华为和日本住友电气工业株式会社；与英国合作最多的是日本东芝和波兰TopGaN；与澳大利亚合作最多的是美国谷歌、诺思罗普·格鲁曼公司。
技术成就
日本专利申请量位列盟国第1，澳大利亚拥有量子计算供应链关键技术。《报告》从专利申请和量子计算原型机两个方面评估了美国盟国的技术成就。
从专利申请看，2000—2022年，在量子技术3大应用领域，日本递交的专利申请总量在9个国家中位列第1，英国位居第2，德国在量子精密测量领域的专利申请总量位列第3，韩国在量子通信和量子计算领域都位列第3，澳大利亚的量子专利总数少于日本、英国、德国。
值得注意的是，美国盟国提交的专利申请总量远远小于美国和中国同期的专利申请总量。美国、中国的量子计算专利申请总量分别为18844件、9677件，量子通信分别为4612件、11454件，量子精密测量分别为1569件、1332件。
从量子计算原型机看，4个国家都已制定本土量子计算机研发目标，其中日本雄心勃勃，旨在2026年前开发1000比特的量子计算机。德国、日本、英国的研究小组从美国国际商业机器公司和Rigetti购买量子计算机用于实验和软件开发。澳大利亚是硅自旋量子比特领域的技术领导者（电子自旋相干时间超100毫秒）。此外，在基于硅自旋量子比特的量子计算关键材料方面，澳大利亚拥有基于先进激光技术的浓缩硅-28制备技术和生产供应企业Silex Systems。
商业活动
英国和澳大利亚的量子初创企业占主导，商业合作活跃，德国、日本与之相反。从量子企业规模看，英国、澳大利亚由初创企业主导，德国、日本则由大型企业主导。英国多数量子企业都是初创企业，超50%的初创企业从事计算硬件和软件技术开发。德国初创企业占比较少，形成了Racyics、英飞凌、博世和罗森伯格集团等大型企业与初创企业竞争、合作的局面。澳大利亚的初创企业数量超过9家，没有大型老牌企业。日本的商业量子技术研发主要由东芝、富士通等大型企业主导，初创企业数量极少。
从量子商业合作看，英国、澳大利亚从事量子技术研究的企业与美国等商业合作密切，德国、日本则分别面向欧洲和日本国内。澳大利亚通过量子卓越中心加强与国际商业机器公司、微软和洛马公司等跨国企业的合作，并支持美国谷歌、微软和Infleqtion等企业在澳大利亚设立量子技术研究中心。英国有两家美国量子计算企业Quantinuum（总部设在英国）和Rigetti经营研究设施。德国企业的国际资金量很小，其通过慕尼黑量子谷、弗劳恩霍夫协会等区域中心加强商业合作。日本量子企业更加依赖内部资金和支持机制。
巩固提升我国政府创新能力
量子技术是全球发达经济体战略布局的重点领域，我国高度重视量子技术发展，并在量子技术领域产出了一批具有重大国际影响力的成果。《报告》显示，我国量子产业科技创新综合能力全球领先，但具体来看，我国在科学产出、技术研发、商业活动等方面仍有提升空间，为进一步巩固提升我国量子产业科技创新能力，提出以下建议。
在科学产出方面，一是组织高校、科研院所、行业协会等机构追踪国内外量子研究热点，填补国内量子技术细分领域的研究空白，引导优势资源向应用潜力大的细分领域汇聚，提高创新资源利用效率，加快量子商业化进程；二是加强我国企业、科研机构等创新主体与国际科研机构的量子科学合作，提升科学产出中心化水平，增强我国在全球量子网络中的中心性，充分发挥我国在国际量子技术协作网络中的重要作用；三是保持量子领域科学产出数量的领先优势，同时进一步提升我国量子领域科学产出质量，推动量子科学产出高质量发展，夯实科学产出对产业发展的基础支撑作用。
在技术研发方面，一是加紧对量子技术细分领域的发展动向预判，加强前瞻性、储备性基础研究，加大重要组件、基础材料的研发力度，增强新技术、新材料的研发能力和供给能力，加快前沿技术的创新步伐；二是加强对量子技术细分领域部分技术短板弱项的梳理，提升部分路线的技术指标，探索量子领域科研项目的“揭榜挂帅”“赛马”攻关制度，激发产业界的创新潜能；三是加强量子技术多学科交叉融合和多技术领域的集成创新，凝聚产学研力量攻克相关材料的生产技术及工艺，发挥大型科技企业的引领支撑作用，加强大型科技企业与量子初创企业的需求对接，推动产业链上中下游、大中小企业融通创新。
在商业活动方面，一是保持量子研发战略的稳定性，增强量子研发人员的创新自信，排除外界干扰，持之以恒加强量子产业科技创新能力建设，突破制约量子产业发展的共性基础技术，夯实量子技术商业化发展根基；二是组织产学研各界专家共同研究出台国家层面的量子商业合作计划，制定合作路线，明确合作目标和内容，鼓励企业、科研机构等牵头组建量子技术细分领域的产业联盟；三是加强量子技术初创企业和老牌科技企业合作，充分发挥各自的优势和资源，深化技术共享、市场扩张、资金筹集，以及人才培养等方面的合作，共同推动量子技术产业的快速发展和商业化进程。