本文摘要：摘要：量子技术将对社会和经济产生重大影响，欧盟启动量子技术旗舰计划，通过量子技术旗舰计划战略研究议程制定详细发展路线，加速量子研究成果的商业应用。本文研究了欧盟量子旗舰的发展历程、四大应用领域的挑战与发展路线、科技资源、创新生态系统，充分
摘要：量子技术将对社会和经济产生重大影响，欧盟启动量子技术旗舰计划，通过量子技术旗舰计划战略研究议程制定详细发展路线，加速量子研究成果的商业应用。本文研究了欧盟量子旗舰的发展历程、四大应用领域的挑战与发展路线、科技资源、创新生态系统，充分分析欧盟量子技术旗舰计划的战略部署。首先，梳理了量子技术旗舰计划的发展历程。其次，分析了欧洲在量子通信、量子计算、量子模拟、量子传感和测量等四个应用领域的挑战及发展路线。随后，分析了欧盟为支持量子技术旗舰计划实施，对科学资源和技术资源的配置。然后，从确定量子技术用例和需求规范、提供基础设施和供应链、促进新产品和服务发展和教育培训四个方面分析了欧盟构建创新生态系统的挑战与举措。最后，提出欧盟量子技术旗舰计划的实施为中国带来的启示。建议中国制定量子技术发展路线，优化科技资源;构建量子创新生态系统，加速量子技术商业化应用;加快制定量子通信相关标准;加强量子相关教育与培训。
关键词：欧盟量子技术旗舰计划;路线图;科技资源;创新生态系统
1量子技术是新一轮科技革命和产业变革的必争领域之一，它将对整个社会和经济产生根本性影响[1]。未来的量子技术将应用于多个领域，例如加速新药开发、优化交通，开发新材料，快速诊断疾病和进行安全通信等[2,3]。第一次量子革命催生了晶体管和激光器[4,5]等，当前第二次量子革命正在广泛进行，科学家对量子效应的操纵能力增强，引发了重大技术进步，例如构建了量子计算机。
为了抢占未来科技发展高地，世界各国纷纷出台了量子技术相关战略规划。欧洲是量子理论的发源地，20世纪初，欧洲的物理学家马克斯普朗克和尼尔斯玻尔等提出了量子理论并创立了量子力学。2018年10月，欧盟启动了量子技术旗舰计划(简称为“量子旗舰”)[6]，促进欧洲量子产业发展，加强量子研究成果的商业应用，确保欧洲在全球第二次量子革命中走在前列。量子旗舰的长期愿景是建立“量子互联网”，实现量子计算机、量子模拟器和量子传感器等相互连接。
2020年3月，欧盟量子旗舰工作组发布了《量子技术旗舰计划战略研究议程》[7]，为欧洲量子旗舰的未来发展明确了方向，制定了未来3年、以及6~10年的详细发展路线。本文对量子旗舰的发展历程、四大应用领域的挑战与发展路线、科技资源、创新生态系统进行梳理，充分分析欧盟量子技术的发展战略和举措，为中国量子技术的发展提出启示。 技术的发展提出启示。量子旗舰发展历程2016年3月，欧盟委员会发布《量子宣言》[8]，该宣言呼吁发起量子旗舰，启动欧洲量子产业，扩大欧洲在量子研究领域的科学领导地位。该宣言围绕量子通信、量子计算、量子模拟、量子传感和计量四个领域分别制定了短期目标(0~5年)、中期目标(5~10年)和长期目标(10年以上)。
2016年8月，欧盟委员会成立了量子旗舰专家组[9]，该专家组由13名来自洪堡大学、因斯布鲁克大学、波兰科学院、法国国家科学研究中心等机构的科学家，以及12名来自空客防御与太空、西门子股份公司和意法半导体等产业界成员组成，代表欧洲学术与产业的多方利益相关者，为量子旗舰提供建议。
2017年2月，该专家组发布了量子旗舰中期报告[10]，提出了量子技术旗舰计划战略研究议程的首批建议以及一些实施建议，围绕量子通信、量子计算、量子模拟、量子传感和计量四个领域分别制定了3年、6年和10年发展目标，明确了每个应用领域所需的使能工具和启动阶段的项目部署方向，同时，提出了相关基础科学重点方向的发展目标。2017年6月，该专家组发布了量子旗舰最终报告[11]，并将根据量子技术旗舰计划战略研究议程制定量子旗舰实施计划。
2018年10月，欧盟启动量子旗舰，确定将在十年内提供10亿欧元，支持大规模和长期的研究与创新项目，其主要目标是将量子研究从实验室转移到市场，实现商业应用。在第一个三年中(2018年10月至2021年9月)，欧盟资助1.32亿欧元部署了研究与创新项目。
在启动量子旗舰的同时，欧盟成立了战略咨询委员会(StrategicAdvisoryBoard，SAB)[12]，为量子旗舰提供战略决策建议。SAB指导了量子技术旗舰计划战略研究议程的准备工作，并负责监督量子旗舰的实施进展。该委员会成员由6个产业专家和10名科研专家组成。2020年3月，SAB发布了《量子技术旗舰计划战略研究议程》，以公开透明的方式征求了欧洲2000多名量子专家的意见，为量子旗舰制定了未来的发展路线。该议程在量子旗舰最终报告的基础上，围绕量子通信、量子计算、量子模拟、量子传感和计量，详细分析了欧盟在上述每个应用领域中的社会经济挑战和研究创新挑战，进一步制定了每个应用领域更为详细的未来3年、6~10年的发展路线。
同时，为解决四个应用领域中共同的基础问题和挑战，确保量子技术产业的可持续发展，该议程进一步明确了量子旗舰的科技资源。针对基础研究资源，该议程在量子旗舰最终报告的基础上，明确了更为详细的发展目标，制定详细的发展路线。针对技术资源，该议程从制造和包装、使能技术、控制、软件和理论五个方面分析了欧盟面临的挑战，制定详细发展路线，确保量子旗舰能有效利用概念、工具、技术和人员。同时，欧盟通过“地平线2020”“地平线欧洲”和“数字欧洲”支持量子旗舰的研究创新项目和基础设施等。
创新是量子旗舰的核心关注点，欧盟构建创新生态系统，将量子技术从实验室拓展到新产品及服务，实现量子商业化应用。量子旗舰应用领域的挑战与发展路线针对量子通信、量子计算、量子模拟、量子传感和计量四个应用领域，本节梳理了欧盟在每个应用领域中的社会经济挑战、研究创新挑战和未来发展路线。在量子通信领域，欧盟预计量子通信短期内将应用于密码学，长远来看，可能会在传感器和时钟网络、定时和计算领域进行广泛应用。
2欧洲量子通信的社会经济挑战在于缺乏适当的经济和人力资源。开发可以部署量子通信的基础设施所需要的投资是巨大的，为应对这一挑战，欧盟促进欧洲量子通信行业的合作伙伴积极参与，促进初创企业发展量子密钥分发(QuantumKeyDistribution，QKD)网络服务、软件、系统集成、认证服务以及量子光子组件供应链等。欧盟推出密钥分配网络测试平台和量子通信基础设施，为新系统和新产品开发提供平台。欧洲量子通信的研究创新挑战在于量子安全、量子网络和供应链三个方面，具体包括降低技术成本、改善网络安全系统和通信性能、增加量子通信距离、并行寻求可替代技术改进供应链组件等。
在量子计算领域，欧盟目标是全面开发量子计算机，包括理论、系统软件和解决特定任务的专用算法，并在量子计算机、通信系统和经典计算机之间创建接口。欧洲量子计算的社会经济挑战在于形成具有竞争力的完整生态系统。欧盟发挥研究机构、研究和技术组织(ResearchandTechnologyOrganisations，RTOs)、中小企业、大型公司的优势，促进量子硬件、系统开发和软件的专家之间紧密协作。研究创新挑战包括三个方面，在技术、设备和平台方面，需要开发候选量子计算平台，探索改善系统性能的方法，改进材料和制造工艺，增强量子系统的相干性，开发量子控制系统和纠错方法，开发新接口。在软件和算法方面，需要研究量子算法理论及其复杂性，开发软件堆栈。在供应链方面，需要依靠现有传统技术形成可靠供应链，创建新生态系统。
在量子模拟领域，欧盟的目标是要达到更高的控制水平、保真度和可编程性、构建大型系统，未来将在量子化学、核物理、材料科学、流体力学和云服务等领域进行广泛应用。欧洲量子模拟社会经济挑战在于需要与终端用户建立更紧密的联系以找到短期内最有希望的用例。研究创新挑战在于开发更强大的系统和平台、开发仅需要少量操作的算法、研究新型光子组件、新型快速高效检测器、超冷原子和离子操纵技术、大容量低温技术和控制技术等。在量子传感和计量领域，量子技术将以多种方式增强现有传感器，未来将在物理、化学、生物学、地球物理学气候科学、环境科学、流动性防御以及数据存储和处理领域进行广泛应用。
欧洲量子传感和计量的社会经济挑战在于需要通过标准和认证工作加快市场开发，发展健康竞争的生态系统，解决环境、医疗保健和地球感应与观测中的问题。研究创新挑战在于需要实现对所有量子自由度的完全控制，保护其免受环境噪声影响和恶意干预，确定相关量子态性能，提高灵敏度和分辨率等。
3科技资源
为了成功实现上述四个量子技术核心应用领域，使欧洲基于量子技术的相关产业能够长期发展，欧盟通过开发科技资源进行辅助，包括科学资源和技术资源。尽管一些量子技术已经达到相当成熟的水平，并准备过渡到工业应用，但继续研究开放的基础科学问题至关重要，这将有利于发展新的科学概念和工具。
因此，在科学方面，欧盟通过科学资源为量子技术提供新概念和新想法，从而激发更先进的技术。为了拓展量子技术更多的应用，使量子技术的产品具有灵活性，并产生长期的影响，在技术方面，欧盟通过技术资源发挥协同作用，实现资源共享，通过跨学科合作，汇集量子领域和传统领域的综合能力来开发新的工具、组件和材料等，从基础组件到系统工程、基准测试验证、理论、软件和控制来确保量子技术在应用领域中高效长期发展所需的技术资源，全面促进量子技术应用。
3.1科学资源
欧盟科学资源的目标是在理论和实践上探索和理解量子技术的基础科学问题，探索新的量子效应，获得新的见解。这种探索不仅支撑量子技术现有应用领域的发展，还将从长远上有助于开发新的量子技术。
例如，欧盟将探索退相干的机制以及如何减轻或利用其影响，来解决量子技术在应用领域的共同基础研究问题，将探索量子理论与经典物理学的不同之处，为量子信息概念提供新的见解，以开发新的工具。欧盟科学资源涉及多个领域，例如生物学、热力学和高能物理等，研究问题非常广泛，比如探索生物过程是否利用了量子效应。欧盟通过科学资源与量子技术互动，不断开发新的科学概念和工具，促进量子技术应用领域的实现。新科学资源将为量子技术提供了新的思路，反之，量子技术的发展将激发新的问题，由新科学资源来解决这些问题，并为新的理论发展提供指导。
4创新生态系统
创新是量子旗舰的核心关注点，欧盟通过构建创新生态系统，将量子技术从实验室拓展到新产品及服务，吸引主要利益相关者共同实现量子商业化应用。构建创新生态系统主要的挑战与举措包括确定量子技术用例和需求规范、提供基础设施和供应链、促进新产品和服务发展、教育培训四个方面。
4.1确定量子技术用例和需求规范
将量子技术从研究转入应用阶段时，确定新产品和服务的用例是必不可少的步骤。欧盟通过组织业界的行业研讨会和用例研讨会，组织科学家、研发工程师和用户讨论确定新的用例。同时，欧盟将组织利益相关者进行会议讨论，例如金融机构、政府组织、产品开发、安全机构和国防机构等从业人员探索新的用例。
4.2提供基础设施和供应链
欧盟RTOs将在基础设施和供应链中发挥重要作用。RTOs可进行重复制造，并且熟悉原型和产品的模块化方法，为产业提供帮助。RTOs、大学和产业界将形成量子中心联盟，便于交换产品设计。欧盟将创建平台为中小型企业提供网页，提供有关产品功能、服务和原型信息。同时，欧盟将列出中小型企业和初创企业开发新产品所需的基础设施和设备，包括测量和计量设施。RTOs还将协助开发人员确定可用的基础设施，减少建设新生产设施所需时间。此外，欧盟将确定关键供应商清单，列出由哪些供应商开发新产品。
4.3促进新产品和服务发展
欧盟支持和促进新产品和服务发展的举措包括加大投资、制定标准和加强知识产权保护。在加大投资方面，欧盟努力将投资者带入量子技术领域，由于多数投资者并不了解量子技术的潜在应用，欧盟帮助公司和投资者之间建立联系，支持初创企业与投资者互动，向风投公司充分展示量子技术的长期潜力，加强量子技术的投资。在标准方面，量子旗舰与欧洲委员会、欧洲标准组织共同成立标准小组，负责分析量子技术对标准的需求，起草技术规范或技术报告。
此外，欧洲电信标准协会成立了行业规范小组，制定了量子通信标准相关规范文档，例如《QKD实施安全》白皮书、《量子安全密码学和安全》白皮书[16]和QKD用例规范文档，确保以安全的方式实施量子加密。在知识产权方面，欧盟通过代理机构帮助研究机构和中小企业申请专利，由技术转让办公室提供最佳实践指导，构建通用许可政策简化许可过程，加强知识产权保护。
4.4教育培训
为实现量子技术的可持续发展，欧盟建立量子物理学的教育生态系统，从学校到企业等各个环境中扩大教育和培训，加强跨学科教育，加大对企业及社会需求的关注。欧盟针对学校和企业的不同受众，设计了教育和培训计划。其中，大学教育的目标是开发面向未来量子技术人才的量子课程，通过联合欧洲各地的教学资源，加强大学量子教育。大学教育的目标人群包括专科生、本科生、硕士、博士、岗前教师、研究人员，以及相关决策者。
目前欧洲所有大学物理课程中已纳入了量子物理学，并将在计算机科学或定量业务分析等课程中教授量子相关内容，扩大量子技术未来应用范围。高中教育的目标是为所有公民建立普遍的量子意识，培养未来的量子科学家和工程师。欧盟将根据教育研究确定量子课程建议和教学策略，部分成员国的高中课程中已纳入了量子物理学。
未来，欧盟将会在小学系统中加强量子物理学教育。在产业人员培训方面，欧盟将设置特殊的培训课程，提高企业从事人员对量子技术及其潜力的认识，目标人群包括首席执行官、首席技术官以及员工。欧盟量子教育未来三年发展路线包括综合大学、高中、产业的量子教育需求制定措施，建立知识库，评估量子技术课程的可行性，建立量子能力框架，建立网络平台定期召开国内和国际会议，设立量子技术和量子工程硕士学位试点计划，制定博士及博士后暑期学校试点计划等。未来六至十年发展路线包括设立成员国试点计划，实施正式和非正式量子技术教育改革方法，建立自给自足的泛欧教育计划，将网络平台和定期国际会议扩展到中小企业，对小学教育提出建议，提高公民对量子技术社会效益的认识等。
5启示与建议
5.1制定量子技术发展路线，加大跨学科研究
量子技术颠覆性潜力突出，将对整个社会和经济产生根本性影响。欧盟启动量子旗舰计划，推动量子研究的商业应用。针对量子技术当前面临的社会经济挑战和研究创新挑战，欧盟围绕量子通信、量子计算、量子模拟、量子传感和计量分别设定短期、中期发展目标和发展路线，推动量子技术产品与服务的商业化应用和大众化应用，并通过开发科技资源拓展量子技术的基础研究与应用。中国在2012年设立了《量子调控研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划》，重点部署量子信息、关联电子体系、小量子体系和人工带隙体系四个方面的任务，以保持中国在实用化量子密码技术和量子通信技术等研究领域的领先水平。
2016年设立了量子调控与量子信息重点专项，围绕量子调控与量子信息两个领域的重大科学问题和瓶颈技术，积极推动原始创新和应用研究，2016年至2018年部署了6个重点任务，在“十二五”专项规划的基础上增加了量子计算与模拟、量子精密测量2个重点任务，2019年重点部署了关联电子体系、小量子体系、量子计算与模拟3个重点任务，2020年主要围绕关联电子体系、量子通信两方面继续部署项目。
量子学论文范例： 更好推进我国量子科技发展
在未来发展路线上，借鉴欧盟量子技术发展举措，中国可在保持量子通信优势领域的同时，加快量子计算、量子模拟与量子测量领域的应用研究，设计具体发展路线，加大量子领域和其他领域的跨学科研究，例如量子与化学、生物学和计算机科学的交叉研究，进一步开发新型量子技术，探索量子技术在所有领域的潜在应用。
参考文献
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[3]方陵生.量子技术未来5年的商业化前景[J].世界科学，2017，(4)：4-6.FANGLingsheng.CommercializationProspectofQuantumTechnologyintheNextFiveYears[J].WorldScience，2017，(4)：4-6.
[4]金芳洲.物理学技术革命之第二次量子技术革命[J].现代物理知识，2019，31(6)：35-39.JINFangzhou.TheSecondQuantumTechnologyRevolutionofPhysicsTechnologyRevolution[J].ModernPhysics，2019，31(6)：35-39.
作者：邹丽雪*,1,2刘艳丽1,2
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