■文/嚴(yán)安平 李貴龍 李維思 周海球 姚婷 石海林（湖南省科學(xué)技術(shù)信息研究所）

當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，科技創(chuàng)新是其中一個(gè)關(guān)鍵變量，而量子科技正成為對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系產(chǎn)生沖擊、進(jìn)行重構(gòu)的重大顛覆性技術(shù)。習(xí)近平總書(shū)記在中央政治局第二十四次集體學(xué)習(xí)時(shí)提出“要充分認(rèn)識(shí)推動(dòng)量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢(shì)，下好先手棋?！睂?duì)湖南省而言，量子科技與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)雖有基礎(chǔ)但不強(qiáng)，亟須政府引導(dǎo)和培育，開(kāi)展基礎(chǔ)研究、前沿技術(shù)、工程技術(shù)研發(fā)，培育量子材料與器件戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，搶占量子科技競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)，構(gòu)筑發(fā)展新優(yōu)勢(shì)。

一、量子科技正成為強(qiáng)國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)

量子科技是基于量子力學(xué)基礎(chǔ)理論，催生出量子通信、量子計(jì)算、量子測(cè)量、量子材料等新興技術(shù)的前沿科技，它將極大地改變和提升人類(lèi)獲取、傳輸和處理信息的方式和能力，在電子通信、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全、金融服務(wù)、生物醫(yī)藥、導(dǎo)航定位、精密測(cè)量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

從全球范圍看，量子技術(shù)研究已成為當(dāng)前世界科技研究的一大熱點(diǎn)，國(guó)際社會(huì)紛紛加大研發(fā)力度和投入，力爭(zhēng)搶占技術(shù)制高點(diǎn)。2013年日本就計(jì)劃未來(lái)10年投入400億日元研發(fā)量子信息技術(shù)；2015年英國(guó)正式啟動(dòng)“國(guó)家量子技術(shù)計(jì)劃”，投資2.7億英鎊建立量子通信、傳感、成像和計(jì)算四大研發(fā)中心；2016年歐盟推出為期十年、總投資額超過(guò)10億歐元的“量子宣言”旗艦計(jì)劃，并于2018年10月啟動(dòng)首批19個(gè)科研類(lèi)項(xiàng)目。2018年美國(guó)通過(guò)《國(guó)家量子行動(dòng)計(jì)劃》，計(jì)劃在未來(lái)幾年增加量子信息科學(xué)領(lǐng)域投資12.75億美元；2018年德國(guó)提出“量子技術(shù)——從基礎(chǔ)到市場(chǎng)”框架計(jì)劃，擬于2022年前投資6.5億歐元促進(jìn)量子技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用。2020年美國(guó)能源部發(fā)布《國(guó)家量子互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略藍(lán)圖》，確定了建設(shè)第一個(gè)全國(guó)性量子互聯(lián)網(wǎng)的潛在路線圖。

從全國(guó)范圍看，量子科技已然成為國(guó)家重大科技發(fā)展戰(zhàn)略。早在2016年，科技部發(fā)布的“科技創(chuàng)新2030—重大項(xiàng)目”中已設(shè)立了“量子通信與量子計(jì)算機(jī)”重大科技項(xiàng)目，重點(diǎn)圍繞城域、城際、自由空間量子通信技術(shù)、通用量子計(jì)算原型機(jī)、實(shí)用化量子模擬機(jī)開(kāi)展布局；同年啟動(dòng)“量子調(diào)控與量子信息”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。此外安徽省政府依托中國(guó)科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院已建立量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院，旨在為組建量子信息科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室奠定基礎(chǔ)；山東濟(jì)南發(fā)布《濟(jì)南市人民政府關(guān)于加快建設(shè)量子信息大科學(xué)中心的若干政策措施》，成立濟(jì)南量子技術(shù)研究院，將量子科技發(fā)展列入“濟(jì)南市十大千億產(chǎn)業(yè)振興計(jì)劃”，啟動(dòng)了“濟(jì)南·量子谷”規(guī)劃建設(shè)。另外，我國(guó)已形成了包括國(guó)盾量子、國(guó)儀量子（合肥）、曙光信息、長(zhǎng)城科技、亞光科技、國(guó)迅量子芯等一批以量子科技為特色的高科技企業(yè)。其中，國(guó)盾量子是世界首條遠(yuǎn)距離量子保密通信干線“京滬干線”等項(xiàng)目的量子設(shè)備提供商，參與“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星保密通信地面站的建設(shè)；國(guó)儀量子以量子精密測(cè)量為核心，提供以增強(qiáng)型量子傳感器為代表的核心關(guān)鍵器件、用于分析測(cè)試的科學(xué)儀器裝備等。我國(guó)在量子科技領(lǐng)域已經(jīng)具備很強(qiáng)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)儲(chǔ)備，取得了一批重要突破和有重大國(guó)際影響的研究成果，已崛起為國(guó)際量子科研版圖上的重要力量。

二、湖南省量子科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，國(guó)防科技大學(xué)、湖南師范大學(xué)、湖南大學(xué)等高校在量子科技領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展基礎(chǔ)研究，并在量子光學(xué)、量子材料及器件、量子計(jì)算、量子化學(xué)等領(lǐng)域具備一定基礎(chǔ)?；贑NKI數(shù)據(jù)庫(kù)，本文對(duì)湖南省2000—2020年間國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、湖南省自然科學(xué)基金支持的科研項(xiàng)目產(chǎn)生的核心期刊論文進(jìn)行科技數(shù)據(jù)挖掘。結(jié)果表明，2000—2020年間國(guó)家科技計(jì)劃、湖南省自然科學(xué)基金支持的湖南省量子科研項(xiàng)目形成核心論文成果共計(jì)308篇，其中量子化學(xué)領(lǐng)域占比25%，量子光學(xué)領(lǐng)域占比17%，量子計(jì)算領(lǐng)域占比11%，量子通信與信息安全領(lǐng)域占比6%。

（一）量子光學(xué)、微納材料等領(lǐng)域基礎(chǔ)研究能力較強(qiáng)

湖南師范大學(xué)省級(jí)“量子效應(yīng)及其應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心”與中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所展開(kāi)合作，重點(diǎn)研究量子材料與器件，其物理與電子科學(xué)學(xué)院積極開(kāi)展量子干涉、量子糾纏、光子傳輸?shù)惹把乜茖W(xué)研究。湖南大學(xué)在低維半導(dǎo)體及生物納米材料方面研究頗有建樹(shù)，其成果“低維半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)與光子特性調(diào)控”2019年獲得國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，“納米尺度體系量子輸運(yùn)機(jī)理與量子器件計(jì)算設(shè)計(jì)”2016年獲得省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。湘潭大學(xué)成立了湖南先進(jìn)傳感與信息技術(shù)創(chuàng)新研究院，開(kāi)展了電磁感應(yīng)、半導(dǎo)體量子點(diǎn)、熱輻射場(chǎng)等前沿科學(xué)研究，其下屬微納器件加工實(shí)驗(yàn)室處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。衡陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子信息科學(xué)系在省自然科學(xué)基金支持下開(kāi)展了熱輻射場(chǎng)、量子相干性等前沿科學(xué)研究，科研實(shí)力不俗。

（二）新型算法、微處理器等量子計(jì)算研究具備一定基礎(chǔ)

湖南省量子計(jì)算研究主要集中在新型算法、微處理器、量子計(jì)算機(jī)、配電網(wǎng)重構(gòu)等技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)建有量子信息學(xué)科交叉中心，具備較高水平的量子器件、量子計(jì)算研制平臺(tái)和研發(fā)團(tuán)隊(duì)，近年來(lái)，中心開(kāi)展了蟻群算法、搜索算法、微處理器、量子計(jì)算機(jī)等技術(shù)研究，取得了一系列原創(chuàng)性成果，其中“量子非局域性理論及應(yīng)用基礎(chǔ)研究”“基于量子測(cè)量的量子控制基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用研究”分別獲得省自然科學(xué)獎(jiǎng)一、二等獎(jiǎng)。系列研究成果可以廣泛應(yīng)用于人工智能、量子計(jì)算機(jī)、量子存儲(chǔ)器、量子處理器、智慧能源管理等領(lǐng)域。

（三）量子材料、量子器件等研究平臺(tái)發(fā)展方興未艾

在國(guó)家級(jí)層面：湖南省形成了以并行與分布式國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主的量子計(jì)算研究平臺(tái)；以化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、理論化學(xué)與分子模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主的量子材料研究平臺(tái)；低維量子結(jié)構(gòu)與調(diào)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室形成了量子相干性及其調(diào)控、一維量子結(jié)構(gòu)制備自組裝與量子輸運(yùn)、表面界面與光電轉(zhuǎn)換材料、微納系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)探測(cè)與成像四個(gè)特色研究方向。在省級(jí)層面則形成了以中南大學(xué)、湖南大學(xué)、湘潭大學(xué)、湖南科技大學(xué)為依托，圍繞量子材料、量子器件、量子計(jì)算展開(kāi)研究的省級(jí)實(shí)驗(yàn)室集群。

（四）半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)等下游應(yīng)用場(chǎng)景較為廣闊

量子科技關(guān)聯(lián)的細(xì)分產(chǎn)業(yè)主要有半導(dǎo)體材料、計(jì)算機(jī)、集成電路、衛(wèi)星通信等，湖南省在上述多個(gè)產(chǎn)業(yè)具有良好的基礎(chǔ)且特色鮮明。在自主可控計(jì)算機(jī)及信息安全產(chǎn)業(yè)，形成了集計(jì)算機(jī)核心部件、整機(jī)系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件與中間件、應(yīng)用軟件等于一體的全產(chǎn)業(yè)鏈，擁有長(zhǎng)城科技、長(zhǎng)城銀河、麒麟信息、中車(chē)時(shí)代通信等一批骨干企業(yè)；在半導(dǎo)體與集成電路產(chǎn)業(yè)，擁有全國(guó)唯一的IGBT產(chǎn)業(yè)基地，培育了中車(chē)時(shí)代電氣、國(guó)科微電子、景嘉微電子等一批骨干企業(yè)。量子科技在湖南省量子計(jì)算、量子材料、量子器件產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面有著廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景和產(chǎn)學(xué)研合作基礎(chǔ)。

三、湖南省量子科技發(fā)展面臨的問(wèn)題

近年來(lái)，湖南省在量子科技領(lǐng)域集聚了一定的創(chuàng)新資源與成果，但與北京、安徽、浙江、山東等產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)還存在不小差距。

（一）原始創(chuàng)新水平有待提升

湖南省在量子計(jì)算、量子材料方面的研究有一定基礎(chǔ)，但在量子通信、量子測(cè)量等方面的研究暫無(wú)明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。從全球范圍來(lái)看，湖南省在該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新性及前沿科技成果尚未達(dá)到領(lǐng)跑或并跑水平，國(guó)際研究影響力與合作輻射能力較弱，需要在國(guó)際前沿、共性關(guān)鍵技術(shù)和核心設(shè)備等方面發(fā)力，不斷提升原始創(chuàng)新能力水平。

（二）專(zhuān)業(yè)化研發(fā)機(jī)構(gòu)尚需補(bǔ)強(qiáng)

目前，湖南量子科技研究成果產(chǎn)出主要集中于國(guó)防科技大學(xué)、湖南師范大學(xué)等高校團(tuán)隊(duì)，暫無(wú)專(zhuān)業(yè)的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。對(duì)比其他省份，如北京已設(shè)立量子信息科學(xué)研究院，安徽擁有中國(guó)科學(xué)院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院，云南建有云南量子產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院等專(zhuān)業(yè)化研發(fā)機(jī)構(gòu)。湖南需設(shè)立專(zhuān)業(yè)化研發(fā)機(jī)構(gòu)，在頂尖量子科技研究團(tuán)隊(duì)及國(guó)際一流量子技術(shù)研發(fā)平臺(tái)的引進(jìn)與培育方面加快步伐。

（三）應(yīng)用示范還需進(jìn)一步拓展

量子科技研究成果轉(zhuǎn)化的速度正在加快，部分省份在量子科技領(lǐng)域圍繞創(chuàng)新鏈布局產(chǎn)業(yè)鏈取得亮眼成績(jī)。安徽集聚了全國(guó)1/3的量子科技企業(yè)，初步形成了從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)研究到關(guān)鍵核心技術(shù)集成，再到工程化、產(chǎn)業(yè)化的相對(duì)完整的鏈條。而湖南以量子技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用為核心的領(lǐng)軍骨干型企業(yè)和創(chuàng)新型中小企業(yè)較少，需要在薄弱環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)突破，保障未來(lái)在量子產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)和合作優(yōu)勢(shì)。

四、湖南省量子科技產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新方向布局建議

重點(diǎn)圍繞湖南省具有優(yōu)勢(shì)的量子材料、量子計(jì)算、量子器件等方向凝練重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。量子材料重點(diǎn)布局低維半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料、微納材料、磁性材料等方向；量子計(jì)算重點(diǎn)布局量子比特、新型算法等方向；量子器件重點(diǎn)布局量子存儲(chǔ)器、量子阱激光器、量子干涉元件傳感器、量子計(jì)算機(jī)等方向。凝練重大科技需求，采用“招賢揭榜”等方式，開(kāi)展基礎(chǔ)研究、前沿技術(shù)、工程技術(shù)研發(fā)，培育量子材料與器件戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，搶占量子科技競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)，構(gòu)筑發(fā)展新優(yōu)勢(shì)。

（一）匯聚優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新資源重點(diǎn)打造國(guó)家級(jí)量子材料與量子器件研發(fā)平臺(tái)

我國(guó)多個(gè)省市成立了量子科技相關(guān)的研究院或中心，但特別關(guān)注核心器件的研發(fā)平臺(tái)較少，湖南省可以借此形成自己的特色。整合省內(nèi)重點(diǎn)高校研究力量，實(shí)行產(chǎn)學(xué)研合作和軍民融合，成立一批省級(jí)量子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)接合肥量子國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌建）。重點(diǎn)圍繞高性能量子器件的研制與應(yīng)用建設(shè)若干個(gè)子平臺(tái)。依托低維量子結(jié)構(gòu)與調(diào)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，爭(zhēng)創(chuàng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。聚焦不同尺度物質(zhì)科學(xué)中新穎的量子結(jié)構(gòu)與量子效應(yīng)，發(fā)展新的量子調(diào)控科學(xué)及其在物理學(xué)、信息學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

（二）培育引進(jìn)一批量子科技高層次人才與科技型企業(yè)

對(duì)接國(guó)家級(jí)人才計(jì)劃、湖南省“三尖”人才計(jì)劃，圍繞湖南省具有學(xué)科優(yōu)勢(shì)的高校院所培育一批科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、高層次人才、青年人才等。積極對(duì)接清華大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等具有基礎(chǔ)研究?jī)?yōu)勢(shì)的高校院所，引進(jìn)一批院士、高層次人才等，夯實(shí)湖南省研究隊(duì)伍與研究實(shí)力。積極對(duì)接安徽、山東、浙江、江蘇等地區(qū)，考慮引進(jìn)國(guó)盾量子、國(guó)儀量子、曙光信息、國(guó)迅量子芯、神州信息、九州量子等一批國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)，打造專(zhuān)業(yè)孵化器及新興未來(lái)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

（三）圍繞新材料、自主可控計(jì)算機(jī)與信息安全產(chǎn)業(yè)打造應(yīng)用場(chǎng)景，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研合作

一是圍繞微納材料、超導(dǎo)材料、光電材料、磁性材料、半導(dǎo)體材料凝練布局產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目，推動(dòng)新型材料技術(shù)在光電器件、生物醫(yī)藥、國(guó)防軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用；二是圍繞量子雷達(dá)、量子傳感器、量子芯片、量子存儲(chǔ)器、量子處理器、量子計(jì)算機(jī)凝練布局研發(fā)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)應(yīng)用場(chǎng)景推動(dòng)新型器件在計(jì)算機(jī)整機(jī)、通信、裝備制造等領(lǐng)域的應(yīng)用示范。