争夺量子优势的芬兰国家量子战略的政策建议2024_报告翻译

报告荐读|争夺量子优势的芬兰-国家量子战略的政策建议 声明 《FINLANDINTHERACEFORQUANTUMADVANTAGE-Policy RecommendationsforaNationalQuantumStrategy》报告的编译著作权归ICVTA&K与光子盒（QUANTUMCHINA）共同所有。 引用请注明来源。 目录 声明2 序言1 摘要2 对于芬兰量子优势的建议3 导语4 一、全球量子计算的新兴趋势6 混合经典-量子接口7 量子计算即服务（QcaaS）9 二、欧洲的量子政策10 三、芬兰——全球量子参与者14 四、作者关于使芬兰在量子竞赛中处于领先地位的四项建议17 建议1：制定国家量子战略18 建议2：建立QuantumFinland以支持工业进步19 建议3：确保对低温、量子软件和超导量子计算机这些领先项目进行投资19 建议4：设立国家量子技术社会影响卓越中心20 五、结论21 作者简介23 附录1：研究阶段和受访者24 序言 量子技术预计将在未来几年彻底改变许多行业。量子计算对网络安全、医学、材料科学等方面的影响使其成为战略性技术。 随着几个国家竞相成为量子技术的先行者，全球竞争正在加速。中国等国与美国、欧盟等国家和地区之间的紧张局势增加了政府对量子技术的投资，也是为了避免依赖性并增强韧性。芬兰在量子研究和开发方面拥有数十年的经验，并在量子供应链的关键领域拥有领先的公司。此外，芬兰拥有欧洲最强大的超级计算机LUMI，为量子计算的实际应用提供了重要支持。 熟练劳动力短缺是量子行业的一个众所周知的瓶颈。现在，芬兰需要意识到这一点：地缘政治甚至安全政策已经成为考虑因素。芬兰既是欧盟的成员也是北约的成员，北约对量子技术有着自身的利益考量。随着时间的推移，芬兰可以围绕量子技术及其应用行业发展一个庞大的工业生态系统。或者，芬兰也可能会任凭最优秀的公司和专家到对量子技术有着战略性投资的国家。 本文鉴于不断演变的地缘政治环境，旨在概述量子政策格局，并针对芬兰提出政策建议。它还旨在激发利益相关者对关于如何发展芬兰量子政策格局的讨论。为了实现量子技术的战略潜力，了解其优势和国际竞争的残酷现实至关重要。 该报告由独立作者撰写，并基于对主要国家和经济区域战略的研究，以及与多家公司、机构、公务员和专家的访谈。 摘要 量子计算对社会、经济和国家安全具有重要的地缘政治和地缘经济意义。随着中国和美国等主要国际参与者竞相开发先进的量子能力，欧盟于2018年启动了量子旗舰计划，以确保对量子技术的长期投资。此外，许多欧盟成员国已经启动了量子技术的国家计划，截至2024年3月，只有五个国家制定了完整的国家量子战略（丹麦、法国、德国、爱尔兰和荷兰）。量子技术的公共投资数字各不相同。丹麦承诺投资1.5亿欧元，法国10.5亿欧元，德国20亿欧 元，荷兰6.15亿欧元。爱尔兰尚未公开披露其量子技术研究和创新的预算。随着量子计算格局的演变和新趋势的出现，如量子计算服务（QCaas）和 混合量子经典界面，芬兰可以利用其独特的“学术-产业-政府”网络、研究卓越性以及现有的先进高性能计算网络，成为量子竞赛的领先者。知名的芬兰量子公司，如IQM和Bluefors，已经成为欧洲量子计算供应链的关键组成部分。然而，如地缘政治不确定性以及在欧盟和北约背景下对国际伙伴关系的不同立场等之类的战略性挑战尚待解决。 为了加强芬兰蓬勃发展的量子计算生态系统并且引领量子企业和量子技术研究，芬兰必须认识到量子技术的战略重要性，制定国家量子战略，并团结努力，协调资金，填补供应链的空白，并促进量子计算的应用。不采取战略行动可能会导致关键参与者流失到已经制定了战略并长期支持量子行业的国家。更好地协调和了解欧盟背景下的行业格局对于芬兰在量子时代取得成功至关重要。 对于芬兰量子优势的建议 1.在2024年为芬兰制定国家量子战略。吸引所有关键利益相关者，确保所有参与者之间精诚团结。 2.通过建立芬兰现有参与者的协作结构来支持芬兰量子技术的工业政策目标。这一联合倡议名为QuantumFinland，将系统地监测量子行业的发展，确定供应链的空白，帮助企业吸引并扩大私人投资，促进关键行业和技术之间的互补性，并支持实际应用案例的实施。 3.通过针对性的领先投资计划，补充现有的计划，投资于低温技术和基础技术、量子算法和中间件，以及超导硬件，以推进芬兰在量子计算供应链的关键领域的领先地位。 4.建立一个量子技术社会影响的国家卓越中心，以提高芬兰的远见能力，并促进量子技术的负责任发展和使用。 导语 在当今快速变化的世界中，前沿科技已成为推动进步、创新和发展的不可或缺的因素。量子计算，一种利用量子力学的新型计算模式，具有彻底改变经济、改善工业流程并帮助决策者解决复杂挑战的潜力。然而，量子和其他深层技术由于其变革性潜力和双重用途应用，已经获得了深远的地缘政治意义。量子技术对网络安全，尤其是加密，材料科学或医学的影响，促成了将量子计算视为战略技术的看法，为在塑造全球市场、国际技术格局和确保关键基础设施方面具有先进能力的国家提供了实质性优势。 传统的地缘政治竞争正与经济实力交织在一起。美国和中国正在投入巨额资金来引领量子竞赛。如果欧洲在这项技术竞赛中落后，不仅可能失去竞争优势，还可能产生新的关键依赖关系（Bradford，2023）。此外，由于量子计算在信息安全等领域的颠覆性影响，缺乏对量子技术的投资和竞争优势可能会带来额外的国家安全风险（G.Rodríguez2023）。 因此，各国越来越多地通过利用其经济实力在全球舞台上推进其战略利益，寻求的不仅是影响力，而是统治地位。这种现象，由各种因素的复杂相互作用推动，正在扰乱贸易动态、投资流向、供应链和技术发展。 因此，各国越来越多地通过利用其经济实力在全球舞台上推进其战略利益，寻求的不仅是影响力，而是统治地位。这种现象，由各种因素的复杂相互作用推动，正在扰乱贸易动态、投资流向、供应链和技术发展。国家战略政策将在第三章讲述。 欧盟政策中的量子技术 近年来，量子技术在欧盟政策中备受关注。2018年，欧盟启动了量子旗舰计划，承诺投入10亿欧元以确保对量子技术的长期投资。该计划与其他资金工具（如加速器和“地平线欧洲”计划）相辅相成，已成为欧洲量子技术合作的基石。此外，在过去两年中，该主题在欧盟机构中变得越来越重要。欧盟多次在文件中提到了量子计算的战略重要性，例如2022年的《战略指南》、2022年的欧盟芯片法案和2023年的经济安全战略。 在2023年11月28日，北约批准了北约的量子战略，这反映了量子技术对和平与安全的重要性。然而，北约本身并没有拥有这些能力，各国负责开发这些能力（《北大西洋公约》第3条）。因此，虽然该战略可以帮助北约协调优先事项，但实施的责任在于各个成员国。 正如硅谷通过数十年的政策发展而成为一个繁荣的创新生态系统一样，欧盟及其成员国也可以通过正确的长期政策框架发展自己的生态系统，为战略自主性和欧洲大陆的长期繁荣做出贡献。芬兰在量子技术的许多领域已经拥有世界领先的专业知识。通过正确的政策组合和投资，芬兰可以发展出世界领先的能力，建立竞争力强劲的量子商业产业，并在量子技术供应链的关键领域争取领导地位。然而，如果其关键公司和专家逐渐流向海外或被海外收购，芬兰也存在失去其有前途的地位的风险。 到2040年，量子技术的潜在市场规模估计约为1060亿欧元。其中，量子计算仅在四个关键行业：化工、生命科学、金融和汽车，对全球经济的影响到2035年就有可能达到约1万亿欧元（麦肯锡，2023）。了解量子计算的战略价值的国家将从先发优势中获益，带来积极的经济和外交溢出效应。 本文将探讨全球量子领域新兴趋势，如混合经典-量子接口和服务型量子计算，深入探讨欧洲的量子政策和芬兰的地位，并最终提出对芬兰的政策建议。芬兰如何提高韧性，增加生产力，并从量子计算的市场潜力中受益？它如何利 用其外交力量促进其在量子技术方面的利益？ 一、全球量子计算的新兴趋势 量子计算通过量子力学以一种新的方式处理数据并对其进行操作。与经典计算机即先进的图灵机的演变不同，它代表了一种范式转变，需要开发新的硬件和软件。而经典计算机是以0和1（比特）的系列来处理信息，量子计算机则使用叠加原理在整个数学空间填充所有可能的状态。叠加意味着量子系统可以同时存在于多种状态，直到被测量或观察为止。因此，“量子计算机不是按位逐位顺序处理，而是在量子变量同时假定的众多状态上并行计算”（Jaeger，2018）。总而言之：计算能力呈指数增长，打开了新应用和优势创新的大门，影响着当前的各个行业：从汽车到材料科学，从健康到人工智能（AI）。 然而，在开发容错量子计算机方面存在着重大挑战。科学家们目前正在尝试不同的量子计算架构（囚禁离子、超导电路、自旋量子比特、光子网络、中性原子、Majorana费米子等）。然而，在这些架构中，由IQM等公司开发的超导计算机正蓬勃发展。 对不同架构的实验被创建能够减少干扰或防止能破坏量子态并促进纠缠量子比特的可扩展性（这是未来量子计算能力的基础）的噪音的架构的需求所影响。此外，这些架构实验有助于找到可以塑造新市场并确保量子计算领域私人投资涌入的真实应用。 随着科学的进步，围绕如何创建量子计算机的创新也在不断发展，这影响着各国如何战略性地考虑制定相关政策，以促进科学发展与工业应用。了解市场趋势，如混合界面和通过云端访问量子计算，可以成为各国制定有针对性的 投资计划的良好起点。 混合经典-量子接口 混合经典-量子接口使量子计算机能够与经典超级计算机（高性能计算机，HPC）协调工作。高性能计算允许将数据传输到量子处理器，控制系统并进行测量，但量子计算机进行计算。混合接口通过支持量子计算机并使其能够在真正有用的应用中使用，而无需等待大型量子计算机的开发，并允许量子计算机与经典环境——当前网络和信息系统进行交互，来使量子计算机与经典环境护臂。它还允许中小企业通过HPC网络从量子计算中获益。 目前的量子计算机无法与经典计算机竞争，因为需要数百个功能齐全的量子比特并结合低错误率才能获得优势，并且关于量子计算机是否能够完全取代经典超级计算机市场仍存在疑问。然而，随着领域的发展，混合经典-量子接口对于理解未来量子应用并探索当前技术发展如何与量子领域的发展相互促进与互补，以在更短的时间内创造商业价值具有重要意义。 由于混合经典-量子接口的应用案例更为直接，行业参与者也在支持混合化。在欧洲，诸如Qilimanjaro和IQMFinland之类的公司正在开发可以在高性能计算环境中无缝使用的产品。以色列的QuantumMachines专注于可与经典环境交互的互操作结构。在美国，NVIDIA正在开发加速混合接口的解决方案，例如cuQuantum等软件解决方案或新平台（如QODA），IBM更进一步，最近与东京和芝加哥大学签署了一项协议，以实验新的混合架构（IBMNewsroom，2023）。 欧洲拥有分布在整个大陆的先进超级计算机网络，以支持研究和创新。 2018年，欧盟创建了欧洲高性能计算联合企业（EuroHPCJU），其使命是开发、部署和扩展欧洲的超级计算机网络。从那时起，EuroHPC已采购了九台超级计算机，并于2023年与六个EuroHPC站点签署了量子计算机托管协议，其中一个位于属于LUMI联盟的Ostrava（EuroHPCJU，2023）。 这些计算机将通过现有的EuroHPC网络向欧洲学术研究人员和行业参与者提供。作为欧洲最强大的超级计算机（EuroHPCJU2023），LUMI由于其泛欧基地而有望成为HPC创新的参考点，这使其可以访问几台量子计算机，例如将在Ostrava、Espoo和联盟的其他站点启用的计算机（CSC2023）。这可以将芬兰置于尖端创新的中心，并有极大的潜力基于量子和高性能计算的使用创建高价值应用。 随着混合经典-量子基础设施在量子市场中发挥着越来越