摘要：2025 年，世界正式步入联合国大会宣布的“世界量子科技年”，这不仅是对量子科技重要性的认可，也标志着人类社会进入了一个新的科技竞争时代。自 124 年前马克斯·普朗克提出“量子”概念以来，量子科技逐渐从科幻概念走向现实应用，并在 2024 年取得了超乎预期的
2025 年，世界正式步入联合国大会宣布的“世界量子科技年”，这不仅是对量子科技重要性的认可，也标志着人类社会进入了一个新的科技竞争时代。自 124 年前马克斯·普朗克提出“量子”概念以来，量子科技逐渐从科幻概念走向现实应用，并在 2024 年取得了超乎预期的进展。量子科技被视为“颠覆性技术创新”，不仅关乎全球经济、科技和安全格局，更是未来国际影响力竞争的关键。 正因如此，以美国和中国为首的各国都在加速布局量子科技，竞争态势日益激烈，并引发了全球范围内的广泛关注， 甚至被部分观察人士视为新冷战时代的“量子竞赛”。
一、 量子科技：定义、原理与应用领域
要深入了解这场竞争，首先需要明确量子科技的定义，并了解其背后的核心原理。 量子科技并非一个单一的技术，而是基于量子力学原理发展起来的一系列新兴技术，它的核心在于对微观世界规律的精确控制和利用。
量子科技的核心原理包括：
量子叠加 (Quantum Superposition): 不同于传统计算机的比特（bit）只能表示 0 或 1 的状态，量子比特（qubit）可以同时处于 0 和 1 的叠加态，即同时表示 0、1 或 0 和 1 的任意线性组合。这种特性使得量子计算机能够同时处理多个计算任务，理论上计算能力呈指数级增长。 量子叠加是量子计算的基础，也是量子计算机能够解决某些特定类型问题（如大数分解）的原因。量子纠缠 (Quantum Entanglement): 两个或多个粒子之间存在一种奇特的关联，即使它们相隔遥远，一个粒子的状态变化也会瞬间影响另一个粒子。这种超距关联的现象，被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”，是量子通信的理论基础，利用量子纠缠可以实现密钥的分发，确保通信的安全性。量子隧穿 (Quantum Tunneling): 在经典物理学中，粒子必须具有足够的能量才能跨越势垒，而在量子力学中，粒子可以穿过能量低于势垒的高度，就像穿越隧道一般，这是一种概率性的事件。量子隧穿效应，在量子传感器中得到了广泛应用，可以实现高精度的测量，例如：原子钟、磁力计、重力仪等，这些都对基础研究、医疗诊断、军事应用等领域具有重大意义。基于这些核心原理，量子科技主要集中于三大应用领域：
量子计算 (Quantum Computing): 利用量子比特和量子力学原理进行信息处理的计算模式。量子计算的优势在于可以解决传统计算机难以解决的问题，例如：密码破解： 量子计算机的出现，使得破解当前广泛使用的加密算法（例如：RSA算法）成为可能，威胁着信息安全。因此，抗量子密码算法的开发成为当务之急。新材料发现： 量子计算机能够模拟复杂分子的行为，加快新材料的研发，如新型电池、超导材料等。药物研发： 量子计算可以加速药物研发过程，帮助科学家们开发新型药物和疗法，应对人类面临的各种疾病挑战。人工智能 (AI)： 量子计算有望为机器学习、优化算法等人工智能技术带来新的突破，实现更强大的智能计算。量子通信 (Quantum Communication): 利用量子力学原理，实现高度安全的通信， 其核心是量子密钥分发 (QKD，Quantum Key Distribution)。 量子密钥分发利用量子纠缠和量子叠加等特性，在通信双方之间安全地分发密钥，并通过量子信道进行加密，理论上可以实现绝对安全的通信，防止被第三方窃听。 量子通信技术主要应用于政府、军事、金融等对信息安全要求极高的领域。量子传感 (Quantum Sensing): 利用量子效应进行高精度测量，其原理主要包括：超精密测量： 利用量子效应可以实现对磁场、电场、重力、时间、温度等物理量的超精密测量，这些高精度的传感器能够应用于各个领域，例如：医学成像： 提高核磁共振（MRI）的精度，用于早期癌症检测；开发新的生物传感器，用于疾病诊断和药物筛选。地震监测： 提高地震监测的精度，能够更早地预警地震，减少地震灾害的损失。军事应用： 开发量子雷达、量子导航系统等，提高军事作战的精确度和安全性， 例如探测潜艇、隐形飞机、水下隧道等等。原子钟： 基于量子效应的原子钟，具有更高的精度和稳定性，广泛应用于导航定位、精密测量、以及科学研究等领域。二、 中美量子科技竞争：战略布局与资源投入
量子科技的重要性，使其成为中美战略竞争的关键领域，两国政府都在积极推动量子科技发展，并在政策支持、资金投入、技术研发等方面进行了布局。
1. 美国：市场驱动，强调长期潜力
政策支持：《国家量子倡议法案》(National Quantum Initiative Act)： 2018 年，美国通过该法案，旨在加速美国量子技术的发展，促进量子科技的创新和产业化。该法案明确了政府在量子科技发展中的作用，并为量子科技领域的研发提供了资金支持。《国家量子倡议重新授权法案》(National Quantum Initiative Reauthorization Act): 2024 年 12 月，美国参议院修订并通过该法案，旨在加大对量子技术发展的支持力度，加强国家量子科技战略布局，并扩展了量子科技的合作范围。“针对重要技术和新兴技术的国家标准化战略” (National Standards Strategy for Critical and Emerging Technologies): 2023 年 5 月，美国拜登政府发布此战略，将量子技术定位为战略领域，旨在推动量子技术标准的制定，引导技术发展方向。资金投入:政府投入： 美国政府对量子技术的投入主要通过国家科学基金会（NSF）、能源部（DOE）、国防部高级研究计划局（DARPA）等机构进行。私营投资： 私营企业、风险投资机构在美国量子技术研发中发挥着重要作用，许多量子技术初创企业获得了大量的私募资金支持。 据不完全统计，美国量子技术初创企业获得的私募资金总额是中国同类企业的 10 倍以上。技术侧重：量子计算： 美国专注于量子计算的长期潜力，强调量子算法、量子硬件的创新研发。 美国在纠错算法、量子门设计、超导量子计算等领域的技术较为领先。量子传感： 美国在量子传感技术方面，也具有较高的实力，特别是在医学成像、精密测量等领域处于领先地位。量子通信： 美国在量子通信领域相对较弱，但也开展了一些基础研究，并注重与其他国家的合作，例如，与英国合作开发量子网络等。出口管制:美国为了保护自身优势，并遏制中国量子科技的发展，采取了对华出口管制措施，限制中国获取量子计算、量子通信、量子传感等领域的关键技术、设备和材料，包括高性能冷却系统、超导材料、以及量子计算机所需的软件。美国还积极呼吁盟友跟进，共同加强对华的出口管制， 试图建立对华的量子科技封锁线。2. 中国：国家主导，强调即时应用
政策支持：“十四五” 规划： 中国政府通过“十四五”规划等政策文件，将量子技术列为国家优先发展领域之一，并强调要“加强量子科技发展战略谋划和系统布局”，以及 “把握大趋势，下好先手棋”。中央政治局集体学习： 2020 年 10 月，中共中央政治局就曾以“量子科技研究和应用前景”为主题举行集体学习，强调要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性。“科技前沿领域攻关”： 中国政府在 2021 年把量子技术列入“十四五”规划中的 7 大“科技前沿领域攻关”领域，加大对量子科技的政策支持力度。《“十四五”数字经济发展规划》： 该规划提出要加速量子科技等前沿技术应用，并支持量子计算、量子通信等领域的产业发展。资金投入：公共资金投入： 中国对量子技术的公共资金投入遥遥领先全球，据麦肯锡公司 2022 年的报告显示，中国对量子技术的公共资金投入高达 153 亿美元，是美国政府投资的 8 倍，是欧盟各成员国投资总额的两倍。地方政府投入： 除中央政府的投入之外，中国各地方政府也积极支持量子科技的发展，例如，安徽省启动了规模为 100 亿元的量子科学发展基金。技术侧重：量子通信： 中国将量子通信视为量子科技领域的重要突破口，并取得了显著的成就，在量子卫星、量子保密通信干线等领域处于世界领先地位。量子计算： 中国也在加快量子计算领域的布局，在超导量子计算、光量子计算、离子阱量子计算等方面都取得了进展，并强调自主研发，试图摆脱对西方技术的依赖。量子传感： 中国在量子传感领域也投入了大量的资源，特别是在军事应用领域，中国军方积极探索将量子传感器应用于潜艇探测、隐形飞机探测、以及水下地形勘探等领域。机构建设：世界最大量子实验室： 中国在安徽省会合肥市建立了“世界最大量子实验室”，吸引了众多顶尖量子科学家和研究团队。量子创新院： 在合肥成立了量子创新院， 潘建伟院士担任院长，旨在整合资源，推动量子科技的研发与应用。3. 量子技术发展中的里程碑事件：
美国：谷歌 “柳木” (Willow) 量子芯片：谷歌公司在 2024 年 12 月宣布，其名为“柳木”的量子芯片，在不到 5 分钟内，完成了一项计算，而这项计算，目前世界上最先进的超级计算机需要 10 的 25 次方年才能完成。更重要的是， “柳木” 量子芯片具有纠错功能，是量子计算迈向实用化的重要一步。IBM “鱼鹰” (Osprey) 量子计算芯片：IBM 在 2022 年开发了 433 量子比特的 “鱼鹰” 芯片，并计划在 2025 年推出一个超过 4000 个量子比特的量子计算机。 这表明美国在量子计算硬件的研发方面，具有领先的优势。中国：中电信 “天衍 504” 量子计算机： 2024 年 12 月 7 日，中电信量子集团发布了超导量子计算机 “天衍 504”，搭载中国科大国盾量子生产的拥有 504 个量子比特的 “骁鸿” 芯片。这成为中国单台量子比特数最多的量子计算机，它将被接入“天衍”量子计算云平台，并对外服务。本源量子 “本源悟空”： 2024 年 1 月，本源量子研制的中国第三代自主超导量子计算机 “本源悟空” 上线运行，该机搭载的 “悟空芯” 共有 198 个量子比特。 “造出中国人自己的量子计算机”，成为中国量子计算发展的目标。中国科大 “祖冲之三号”： 2024 年 12 月 17 日，中国科大潘建伟团队研制的 105 个量子比特的 “祖冲之三号” 量子计算机上线。 中国官方表示， “祖冲之三号” 超过了谷歌在 2024 年 10 月发表于《自然》期刊的 72 比特 “悬铃木” 处理器 6 个数量级，成为目前超导量子计算的最强优越性。稀释制冷机： 中国在量子计算机运行所需的关键组件，如稀释制冷机方面也取得了突破。多家中国公司和实验室宣布在这一领域取得了进展，例如，本源量子研发的本源 SL1000 稀释制冷机，以及合肥知冷低温科技有限公司研制的 400 系列稀释制冷机。破解加密算法： 中国科研团队使用加拿大公司 D-Wave 开发的量子计算机，成功破解了目前广泛应用于商业领域的 RSA 加密算法，甚至能破解被视为 “军用级” 的 AES 加密 (高级加密标准)，引发国际量子届的广泛关注和争议。三、中美量子科技竞争的现状与未来
尽管双方在量子科技领域的竞争日益激烈，但在技术实力上各有侧重，呈现出 “你追我赶，各有优势” 的局面。
量子通信： 中国在量子卫星、量子保密通信“京沪干线”等方面处于全球领先地位，拥有大量的专利。 但也要承认，中国在量子通信的商业化和应用方面仍然面临挑战。量子计算： 美国在量子计算的硬件开发、算法、纠错技术等方面具有明显的优势， 但中国正在加大投入，积极追赶， 并力图实现量子计算机的自主可控，在稀释制冷机、超导材料等方面，也在不断取得突破。量子传感： 美中在量子传感领域的技术实力接近，竞争态势呈现胶着状态，双方都在医疗成像、地质勘探、军事雷达、军事导航等领域展开激烈的竞争。市场化： 中国在量子技术的市场化方面表现出色，特别是在量子通信领域，已经有一些商业化的应用案例，如量子加密通信网络等。 但美国在高影响力的量子技术方面仍然占据主导地位，如量子计算机的研发、量子算法的开发等。人才培养： 美国和中国都在加强量子科技人才的培养，并积极吸引国际顶尖科学家，但仍然面临人才短缺的问题，特别是具有创新能力的高端人才的缺失。四、 量子科技的战略意义与经济潜力
量子科技被视为未来科技竞争的核心，其战略意义不仅体现在国家安全层面，也体现在经济发展层面：
国家安全：量子通信的不可窃听性： 为政府、军队、金融机构等对信息安全要求极高的领域，提供了前所未有的通信保障，可以有效防止信息泄露和窃听。量子计算破解加密： 量子计算机的出现，使得破解目前广泛使用的加密算法（如 RSA 算法、AES 算法等）成为可能，这将威胁到全球信息安全。因此，开发抗量子加密技术成为当务之急，全球都面临着 “Q-Day”，即量子计算机破解传统加密的挑战。军事领域颠覆性影响：量子雷达： 量子雷达可以探测隐形飞机、潜艇、无人机等传统雷达难以探测的目标，这将极大地提升军事侦察和预警能力。量子导航： 量子导航系统无需依赖卫星即可提供高精度的定位服务，这将增强导航系统的可靠性，特别是在 GPS 信号受干扰的情况下，量子导航技术可以发挥重要作用。量子传感器： 用于探测潜艇、水下隧道、地下掩体等，极大地提高了军事侦察能力。巨大经济潜力：新药研发： 量子计算机可以加速新药的研发过程，为人类健康带来福音。新材料发现： 量子计算可以模拟复杂分子的行为，加快新材料的研发，如新型电池、超导材料等。金融风险管理： 量子计算可以提高金融风险分析的效率和精度，有助于金融机构更好地管理风险。物流网络优化： 量子计算可以优化复杂的物流网络，提高物流效率，降低物流成本。据麦肯锡公司预测，到 2035 年，量子技术在医药、金融、化学等领域的市场价值将超过 7000 亿美元，其中金融和制药行业的收益最为显著。五、 创新模式对比
中美两国在发展量子技术方面，采取了截然不同的创新模式， 这也反映出两国在政治、经济、科技体制上的差异。
美国：市场驱动模式特点： 以市场驱动为主，依靠大型科技公司、风险投资机构、初创企业和大学研究驱动，鼓励竞争和多样化发展。优势： 这种模式能够充分发挥私营部门的活力和创新能力，促进技术的多样化发展。不足： 也存在资金分散、协调不足等问题，一些初创企业面临资金短缺、技术瓶颈等挑战。中国：国家主导模式特点： 以国家主导为主，政府在资源分配、政策制定、战略规划等方面发挥主导作用，国家自然科学基金会等机构资助了大量量子领域论文。优势： 这种模式在资源整合、供应链构建、长期规划等方面具有优势，可以集中力量进行重点攻关。不足： 也可能因为缺乏竞争而限制创新，可能会出现技术路线选择过于集中，创新不够活跃等问题。六、 结语
量子科技的发展，正在深刻地改变着世界格局， 中美两国在量子科技领域的竞争，不仅是技术、经济和资源的竞争，更是国家战略、未来影响力和价值观的竞争， 这种竞争，将对全球科技发展、地缘政治格局、经济发展模式等都产生深远的影响，虽然最终的产物不是核弹，而是计算机， 但率先开发出量子计算技术的国家，将在密码学、通信、信息处理、军事等领域拥有绝对优势， 并可能对未来国际秩序产生重要影响。 未来，量子科技的发展将充满挑战，也蕴藏着巨大的机遇， 我们需要更加审慎地对待量子科技的发展， 也需要保持对人类命运和共同未来的深刻思考。
来源：鹰眼情报侠
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