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美智庫報告：中美戰略決戰－探索量子位元（第二部分：中國現狀與中美比較）
摘 要
近期，新美國安全中心（CNAS）發佈報告《量子位元的探索：評估中美在量子計算領域的競爭》，深入分析了量子技術的發展及其對國家安全的影響，特別是聚焦於美國和中國在該領域的競爭。
今天，我們將為大家分享報告的第二部分：中國現狀和中美比較。
中國現狀
中國將科技視為增強中國經濟和軍事實力、增強國家實力並成為全球「科技強國」的一種手段。
中國缺乏類似美國國家量子戰略的公開國家量子戰略。相反，中國透過一系列更廣泛的國家科技計劃和項目來推動量子技術研發。
例如，《“十三五”科技軍民融合專項規劃》突出強調了量子技術的重要性，啟動了量子通訊和計算的“大工程”，重點是“推動量子技術重大突破”，包括“擴建中國國家量子通訊基礎設施，研製通用量子電腦樣機，以及建造一個實用的量子模擬器。
第十三個五年國家科技創新計畫同樣優先考慮量子通訊和計算的進步，包括開發通用量子計算原型和實用量子模擬器。
麥肯錫(McKinsey & Company) 2022年6月的一份報告估計，中國已為量子技術預留了總計153億美元的資金，遠遠領先於歐盟的72億美元和美國的19億美元項目公共資金。
2022年威爾遜中心的一份報告同樣估計，中國在量子技術上投入了超過150億美元，但指出「對這些金額的精準性仍然存在疑問」。
《量子內幕》(The Quantum Insider)在2023年的分析報告中也估計，中國的國家投資為150億美元。如果精準的話，這意味著中國的國家資金佔世界公共量子支出的50%以上。
其他估算試圖捕捉中國每年的投資額，但同樣未能達成共識。
美國國會研究服務處(CRS)估計，中國每年用於量子技術研發的資金為2.44億美元。然而，正如蘭德公司最近的一項研究所觀察到的那樣，中國的量子專家報告了截然不同的數字。
在2019年11月的一篇學術文章中，通常被稱為中國「量子之父」的著名量子技術研究員潘建偉報告說，中國的量子技術研發支出明顯低於CRS的估計，2016年至2020年(截至2019年11月)總計8,400萬美元，2011年至2015年為9,800萬美元，2006年至2010年為3,000萬美元，1998年至2006年為125萬美元。
中國各政府機構和國家相關組織參與推動量子資訊系統的研發，包括科技部、工業和資訊化部、中國科學院和中國建設銀行。
國家相關國防實體--如中國航空工業集團公司和軍事科學院--也參與了量子研發工作，量子技術被納入中國更廣泛的軍民融合國家戰略。
例如，「十三五」科技軍民融合專項規劃突顯了量子計算和通訊項目。
但正如蘭德物理科學家愛德華帕克博士在最近的國會證詞中指出的那樣，中國「將量子技術融入作戰軍事系統的總體優先事項、計劃和時間表遠不如美國政府明確」。
中國已經建立了幾個合作研究所和項目，以探索量子技術的軍事應用，包括前線跨學科技術研究中心，北京資訊科學研究院，以及中國科技大學-中國船舶重工集團公司聯合量子實驗室。
但量子雷達--美國國防部認為「在科學上不切實際」--是唯一的軍用--儘管據報導中國已經成功開發了量子雷達原型，但其成功實施仍面臨著一些挑戰。
例如，目前尚不清楚中國是否能夠將量子雷達整合到現有平台中，或者量子雷達是否會提供足夠的優勢來證明中國的投資是合理的。
此外，中國的軍事附屬大學--包括中國人民解放軍軍事科學院和中國人民解放軍國防大學--「並不是中國量子科學公共研究的前沿」。
但總的來說，中國似乎在現階段的發展中優先考慮情報和民用應用。
與美國一樣，中國用於QIS研發的公共資金分佈在多個量子技術組成領域。
據《量子內幕》估計，中國目前將QIS研發資金的26%用於量子計算，22%用於硬體開發。
中國大部份子計算研究都是在合肥微尺度物理科學國家實驗室完成的。
中國在硬體研發方面的擴張方式在多種模式上都取得了成果。
據報導，中國擁有兩台量子電腦--基於光子學的九章2號電腦和基於超導的祖沖之2號電腦--它們的性能超過了Google的西卡莫爾量子電腦，這是一種54量子位元的超導處理器，能夠在200秒內完成一個經典電腦需要數千年才能完成的計算。
私營企業在中國量子技術生態系統中的作用不如美國企業在美國生態系統中的作用突出。
儘管如此，中國在量子計算方面的研究「已經開始涉及更高程度的私營部門參與和投資，這是受到量子電腦巨大商業潛力的推動。
中國的QIS生態
中美比較
儘管美國和中國的共同目標是在量子技術領域取得全球領先地位，但兩國在量子技術研發方面的方法卻存在巨大差異。美國採取行業主導、政府支援的方式。
美國量子產業包括既有成熟的科技公司，也有最近成立的初創企業，往往會推動創新和關鍵的發展里程碑。
在中國，量子技術的研發通常是政府主導和產業支援的。
中國的量子產業規模遠遠小於美國，而且中國的量子突破大多來自政府資助的實驗室和研究機構。
美國和中國都在追求各種量子計算模式，包括超導、捕獲離子、光子學和中性原子。
根據幾個技術指標——包括量子電腦的物理量子位元計數、相干時間和錯誤率——美國在除超導超導量子位元之外的每一種模式上都處於領先地位，中國在這一領域與美國大致相當。
美國已經開發了所有模式的高性能原型，並正在探索廣泛的應用，從科學發現和材料研究到物流和先進電子產品。
中國的技術進步主要侷限於超導量子位元和光子玻色子取樣，這是量子計算的一種非通用方法。
根據2023年2月QED-C的研究，美國也是量子計算專利申請的全球領導者。
在2010年至2022年期間，美國專利局收到了大約1,838件量子計算專利申請，而中國國家知識產權局僅收到908.183件。
在同一時間段內，在提交量子計算專利的前19個實體中，美國的實體數量最多。
在排名前19的專利權人中，有9人來自美國，5人來自中國。
在申請國際量子計算專利的前20名實體中，美國實體同樣佔據了主導地位。
在多個國家的專利局申請的國際專利更難獲得，通常是為高品質的專利保留的截至2021年，IBM擁有最多的國際專利族—401個。
另外9家美國實體被列入前20名國際專利權人名單。只有一家中國公司——阿里巴巴上榜，據報導，阿里巴巴於2023年11月終止了其量子計算研發工作。
研究出版物的數量和質量是評估一個國家在量子計算方面取得重大突破的潛力的其他指標。
中國的量子計算研究數量最多，約佔全球研究的22.8%，而美國排名第二，約佔全球研究的21.3%。
美國在量子研究品質方面領先世界，赫希指數(H指數)為92。
中國以52.186的H指數排名第二，綜合來看，這些指標顯示美國是量子計算的全球領導者，但面臨來自中國的激烈競爭。
儘管中國在整體技術進步方面落後於美國，但中國專家進行了大量與量子相關的研究，並得到了政府的高度支援。
中國顯然打算在量子計算領域超越美國。
供應鏈和勞動力
此外報告還描述了關於供應鏈和勞動力的內容，強調了美國在量子技術領域的競爭力依賴於兩個關鍵因素：一個安全、可靠的量子技術供應鍊和一個熟練、多樣化的量子技術人才隊伍。
在供應鏈方面，報告指出美國需要建立一個對外國供應商依賴有限的成熟量子技術供應鏈。
這涉及對現有供應鏈進行全面審查，識別關鍵輸入、檢測潛在的脆弱節點，並評估開發額外供應商的機會。
此外，報告建議利用財政激勵和科技中心計劃促進國內生產，同時監控國內外競爭對手的供應鏈，並建立國際論壇以協調與盟友和夥伴的供應鏈。
在勞動力發展方面，報告強調了培養量子技術人才的重要性，這包括設計量子技術、識別量子應用和確保技術負責任使用所需的人才。
報告建議美國政府、私營部門和學術界共同努力，透過開發流程來理解量子生態系統內的勞動力需求和技能差距，建立國家量子教育和勞動力發展中心，並與盟友和夥伴合作建立跨培訓和互惠研究交換計劃。
此外，大學和量子公司應合作開發行業特定的高等教育項目，並與K-12學校系統合作，為學生提供量子課程和實踐學習機會。
報告總結認為，美國在量子計算領域的領導地位並非不可動搖，中國在量子技術領域的快速發展對美國構成了潛在挑戰。
為了保持競爭優勢，美國必須迅速採取行動，透過加強供應鏈管理和培養強大的量子技術人才隊伍來確保其在量子計算領域的領先地位。
結 論
量子資訊系統是一個關鍵的新興技術領域，可能有助於塑造世紀的地緣政治。
量子計算是量子資訊系統中一個特別有影響力的子集，它有望透過大幅提高一系列行業的計算速度和處理能力來帶來巨大的經濟和軍事利益。
量子計算已成為中美戰略競爭的一個中心陣地。
美國和中國的戰略檔案表明，兩國都將量子視為具有戰略意義的技術，有可能大幅提升國家實力的經濟和軍事層面。
雖然美國和中國在量子技術方面有不同的優先事項，但最終都是為了達到量子技術研發的最前線。
美國計劃透過追求以科學為基礎的技術開發方法，支援私營企業，並建立量子勞動力來滿足不斷增長的領域的需求，從而提高其量子競爭力。
中國打算透過推動現有研究的界限，發展本土量子能力，消除對外國技術元件和材料的依賴來實現主導地位。
幾個關鍵指標--包括研發總支出、專利和研究出版品。美國目前在追求可擴展的容錯量子計算方面保持著對中國的優勢。
但這一領先優勢遠未穩固。中國顯然打算在量子計算方面超越美國，並且正在獲得實現這一目標的資源和技術。
報告最後得出結論，美國必須迅速採取行動，透過加強供應鏈管理和培養強大的量子技術人才隊伍來確保其在量子計算領域的領導地位。
同時，報告提出了一系列政策建議，包括進行全面的供應鏈審查、利用財政激勵促進國內生產、監控供應鏈、建立國際論壇協調供應鏈，以及發展量子技術人才，以應對中國在量子技術領域的競爭，並確保美國在全球量子計算領域的持續競爭力。 （稻香湖下午茶）