中美量子技术产业区别对比（上）

兰德公司《中美量子技术产业基础评估》报告分析及拓展

2022年2月，美国兰德公司发布了《中美量子技术产业基础评估》报告。该报告由美国国防部（DOD）和工程部赞助研究，报告于2021年10月完成，并在公开发布前经过了主办方和国防部的安全审查。

（一）报告内容分析

虽然直到最近，量子信息科学（QIS）的成果几乎全部集中于学术研究领域，但是也有很多私营部门开始着手投资研发相关技术，不过因为私营部门在这一领域的投资是刚刚开始的，在实际应用等方面有很大的不确定性，很难对量子技术的产业基础进行全面的评估。这份报告为评估一个国家整体的量子产业基础制定了一套广义的指标，并应用于中美两个国家进行了一些对比。

1. 报告评估指标

目前量子技术的主要成果可以分成三个主要应用领域：量子计算、量子通信和量子传感。这份报告针对这三个应用领域，划分了四类评估指标：国家科研基础、政府活动、私营企业活动和技术成果。该报告从这四个方面对美国和中国量子技术工业基础发展情况进行了量化分析，给出了一些发展量子工业基础优势的建议。对于每个分类的具体评估项目，可以参考如下表格：

根据表格内容，我们可以大体了解到，每个指标涉及到的内容，总结如下：

1. 科研基础：根据学术机构、国家实验室、私营企业发表的科研论文进行评估，指标包括：科研活动整体情况（发表论文总数）、科研活动增长率（发表论文数量年增长量）、科研活动机构集中度（发布论文的机构数量、Herfindahl-Hirschman Index）、全球科学影响力（被引论文数、发表高被引论文的机构数）、与政府优先事项的一致性、国内和国际研究合作程度、技术泄露风险。

2. 政府活动：根据政府在量子研发领域的投入来评价，指标包括：政府整体研发投入、投入增长率、投入稳定性、投资的范围。

3. 私营企业：根据私营企业在量子技术领域的分布来进行评价，指标包括：量子信息基础公司的数量和分布、公司对量子技术的专注度、外国供应链依赖情况

4. 技术成果：从学术界和私营企业的部署来对国家最新的技术进展进行深度评价，指标包括：创新潜力（专利应用的数量、唯一专利受让人、专利应用增长率）、技术成果、技术方法的范围

2. 美国量子工业基础情况

1. 科研基础：美国在学术论文发表方面具有深厚的基础，过去10年有超过1500个机构共发表超过10000篇论文，主要集中在量子计算，其次是量子通信以及量子测量。其中在量子计算和量子通信领域的高被引论文数量最多，研究国际化程度非常高，有超过一半的论文存在国际合作的情况，少量美国研究人员与国家军事院校开展了合作。

2. 政府活动：美国政府是美国量子研究最大的资助者，2021年量子信息科学研发共投入7.1亿美元。近年来，量子信息科学的研发投入稳定增长在20%左右，背后的主要驱动力量主要是国家量子行动计划（National Quantum Initiative）。

3. 私营企业：美国私营企业在量子信息科学领域具有广泛和多样化的特点，有至少182家公司，大多数公司是2017年以后成立的，既有大型技术公司，也有初创公司。美国私营企业在量子信息科学技术和应用领域主要集中在量子计算、量子测量和量子通信方面，其中量子计算最多，量子通信最少。风投是初创公司的重要资助来源，目前累计投入有12.8亿美元，且风投主要集中在量子计算领域。

4. 技术成果：截止至2021年7月，美国的量子技术原型系统中最高性能的主要集中在量子计算领域。在量子测量部署领域美国也处于全球领导地位，但在量子通信研发仍处于学术研究阶段。

3. 中国量子工业技术情况

1. 科研基础：中国过去10年超过2000个研究机构共发表论文超过14000篇，发表论文数稳定增长；量子通信领域高被引论文数超过美国，在量子计算和量子传感领域论文数少于美国；发表的论文中存在明显的国际合作，但在国际合作方面要弱于美国。

2. 政府活动：中国政府在量子信息科学研发领域的投入从8400万美元提高到30亿美元每年；与美国相比，中国的政府研发投入主要集中少数研究机构，中国政府已经明确将量子技术作为战略优先方向；从资助和技术成果来看，中国量子信息科学研发主要集中在政府资助的实验室，尤其是合肥微尺度物质科学国家研究中心，该实验室在量子技术方面取得的相关成果处于国际先进水平。

3. 私营企业：私营企业在量子信息技术研发方面处于边缘地位，只有美国的3%，私营企业也集中在量子通信领域。

4. 技术成果：中国在量子超导Transmon qubit（最成熟的量子计算方法）与美国处于同一水平；中国在玻色子取样（Boson sampling）量子计算领域处于全球领先地位，但在量子计算的其他领域落后于美国；中国在量子通信领域处于全球领导地位，但在量子传感领域落后于美国。

4. 报告结论

1. 美国是目前大多数（不是全部）量子技术的世界领导者，但中国的量子技术能力正在迅速发展，中美竞争趋势激烈。美国在量子信息科学方面的整体研究产出广泛且稳定，在很多应用领域都位于或接近于世界前沿，主要集中于量子计算和量子测量领域，在量子通信方面则不然。

与美国一样，在量子技术的每个应用领域都有很高的研究产出，主要研究成果集中量子通信领域，这一领域处于世界领先地位，同时超导Transmon qubit领域的最新研究成果比肩美国。

2.中美研发投入不断增大，但研发主体、研发模式却不相同。2021年美国政府各部门在量子信息科学研发方面投入为7.1亿美元，年增长20%；中国政府在量子技术研发领域投入为8400万美元-30亿美元每年。

美国目前量子技术部署由私营企业主导，没有明确的技术领导者，主要关注于量子计算领域；中国量子技术研发重要集中在政府资助的实验室，实验室的研究成果展现了技术的快速进步，但同时只有4400万美元的非政府资金投入到了量子技术的研发，仅占美国的3%。

3. 量子技术发展迅速且潜力巨大，但最终应用以及时间仍然具有高度的不确定性。目前很多量子技术的供应链仍不明确，不同技术方法可能需要不同的组件，导致供应链建立困难，成本也高。

5. 报告建议

1. 建议美国继续通过政府研发投入对量子技术提供支持，补充最活跃的私人投资领域；

2. 监管和帮助保护美国量子技术公司的量子技术项目；

3. 监控量子初创公司的财务状况和所有权；

4. 监控量子技术关键要素的国际流动情况，例如关键组件和材料，高级人才和量子技术产品等；

5. 目前不要对量子计算机或量子通信系统实施出口管制；

6. 周期性地对快速变化的量子工业基础重新评估。