2025年1月31日，美国战略与国际研究中心（CSIS）发布《CSIS 美国量子领导力委员会报告》，探讨美国在量子技术领域的发展现状、面临的挑战与机遇，并提出一系列政策建议，以确保美国在该领域的领导地位。

量子技术是创新前沿领域，对美国保持技术领先至关重要。报告经多方研讨形成，建议美国加大量子研发投入、强化产业基础、加速商业化、发展人才队伍并建立国际合作。量子技术在导航、计算服务、密码学等领域有重要应用，美国不能在这场竞争中落后。

一、量子技术概述

1、定义与分类：量子技术利用量子力学特性，在计算、通信和传感领域提供新能力，包括量子计算、传感和通信。量子计算利用量子特性实现更快处理和解决复杂问题；量子传感借助量子属性达到超高精度测量；量子通信运用量子特性创造高安全通信通道。这些技术为经济和国家安全带来优势，但也伴随着新风险。

2、机遇与风险：量子技术带来诸多机遇，如特定计算任务处理能力指数级提升，可用于密码学、优化和 AI 领域；能替代易受攻击的 GPS 系统，实现安全定位、导航和定时；在药物发现、材料科学、医疗成像、气候建模、机器学习和 AI、电池与清洁能源技术、金融管理等方面取得突破。但也存在风险，量子计算机可能打破现有加密，影响信息安全；提高对隐形飞机和潜艇的探测能力，改变军事平衡；引发金融市场波动；量子传感可能用于监视；关键部件供应链存在脆弱性。

3、各国投入：各国对量子技术的投入反映了其重视程度和竞争态势。美国在 2018 - 2023 年通过国家量子计划（NQI）投入 12 亿美元；中国虽具体数据因透明度问题不确定，但估算在量子信息科学国家实验室投入 10 亿美元，量子研发投入达 15 亿美元；欧盟投入 11 亿美元；德国、法国、荷兰、英国、以色列、日本、澳大利亚、印度、加拿大、韩国等也纷纷投入大量资金。美国与其他国家在投入上存在差距，这促使美国思考如何加大投入以保持竞争力。

二、美国在量子领域的地位

1、科研实力：美国在量子领域科研实力强劲，学术机构、国家实验室和企业协同发力。高校与科研机构成果突出，研究人员在量子软件、算法、纠错技术及硬件平台开发上取得显著进展，量子传感器研发也广泛应用于多领域。不过，美国需维持领先地位，持续加大对量子研究的资金投入是关键。充足资金能支持前沿研究、吸引顶尖人才、购置先进设备。同时，强化产学研合作可促进知识转化与技术创新，推动量子技术从理论走向实际应用。此外，提升生产规模可降低成本、提高效率，增强美国量子技术的市场竞争力。

2、产业现状：美国量子产业蓬勃发展，超 150 家公司活跃其中，业务覆盖计算、软件算法、通信、传感、材料生产等多个领域。政府在产业发展中扮演重要角色，通过 NQI 协调各方资源，支持基础研究。相关部门积极推动公私合作，激励创新并拓展量子生态系统。然而，美国量子产业也面临挑战，私人投资波动较大。2019 - 2023 年，虽投资总额约 80 亿美元，但与 2024 年 AI 领域超 200 亿美元的私人投资相比，差距明显。量子技术商业化进程缓慢，投资风险高，导致私人投资动力不足。这种投资差距可能影响美国量子产业的发展速度，使其在国际竞争中面临压力。

三、量子产业基础构成

1、各环节的重要性及发展需求

劳动力：建设高技能的量子劳动力队伍至关重要，但面临美国 STEM 教育和人才发展方面的普遍挑战，需要通过移民政策、教育举措和再培训计划来解决人才短缺问题。

研究：联邦资金在推动量子研究方面发挥关键作用，由于量子研究风险高、成本大，私人企业难以完全承担，因此需要政府持续支持基础研究。

材料：许多量子技术依赖特殊材料，解决这些材料的供应链问题，对提升美国量子技术竞争力乃至整体技术竞争力都至关重要。

制造：发展制造基础设施对于大规模生产量子设备十分关键，这涉及到高精度制造能力和配套软件的开发，以满足不同用户对量子硬件的需求。

软件和算法：投资软件和算法开发是释放量子计算潜力的必要条件，需要专注于开发量子专用工具，并将量子系统与经典计算机集成到混合环境中。

测试和验证：随着量子系统从研究走向商业化，测试设施和标准对于确保其可靠性和性能至关重要，联邦项目在建立这些设施和设定基准方面可发挥重要作用。

经典控制技术：量子计算机需要先进的经典控制系统，如高速相机和特定的光学技术，政府可助力开发这些使能技术。

2、政府与市场的协同作用：各环节的发展需要政府行动和市场力量相互配合。在一些风险高、需求有限的领域，如量子劳动力培养、特殊材料供应等，初期需要联邦投资来推动。随着量子技术的成熟和市场需求的增长，私人投资会逐渐增加，但目前联邦投资仍是推动量子产业基础发展的重要力量。 量子产业基础的构成是一个复杂的系统，各环节相互关联、相互影响，政府和市场在其中的协同合作对于量子产业的健康发展至关重要。

四、高性能计算的借鉴意义

1、发展历程：美国 HPC 的发展始于 20 世纪 50 年代，最初为满足核武器研究需求，在国家实验室投资计算机。60 年代，DOE 和 NSF 资助在国家实验室和高校建立计算中心。70 年代，NSF 设立相关办公室，推动首个全国性计算政策落地。为限制苏联获取先进计算能力，美国实施出口管制，并与日本建立特殊管制机制。80 年代，为应对日本的第五代计算机项目，美国启动战略计算倡议，加大计算研究投入，随后多个相关项目和计划相继出台。2010 年后，政策重点转向 “exascale” 计算，美国联合多国推进相关项目，期间多项法案和倡议为计算基础设施提供资金支持。

2、经验总结：美国 HPC 发展初期，安全需求和国际竞争是主要驱动力，政府投资发挥了关键作用。随着市场和应用的成熟，商业化成为推动 HPC 进步的重要因素。这表明，对于量子技术发展，联邦政府的早期投资和持续支持至关重要，不仅能保障国家安全，还能促进经济发展。但也要适时推动向私人部门主导的转变，加强商业化应用。此外，美国 HPC 发展中，政策的连贯性和协调性不可或缺，不同阶段的政策相互配合，推动了 HPC 技术的持续进步。量子技术政策虽与 HPC 政策有差异，但在政府引领、公私合作和政策协同等方面，HPC 的发展历程为量子技术提供了宝贵经验，美国若想在量子技术领域保持领先，可从中汲取养分，优化自身发展策略。

五、中美量子竞争态势

1、中国的发展策略与成果：中国将量子技术列为重点发展领域，在 2021 年的十四五规划中明确其关键地位，并于 2017 年成立国家实验室开展研发。中国在量子通信领域成果斐然，2016 年发射 “墨子号” 量子通信卫星，实现远距离量子密钥分发，构建了连接北京和上海的量子加密网络，持续拓展量子通信基础设施，巩固在该领域的全球领先地位，其成果广泛应用于民用和军事领域。

2、美国的优势与挑战：美国在量子技术领域的研究人才储备丰富，创新能力强劲，且拥有活跃的私营企业参与，这是其在量子技术竞争中的显著优势。但美国也面临着中国的激烈竞争，中国在量子领域的大量投入和快速发展，给美国带来了巨大压力。此外，国际合作中的技术转移问题成为美国面临的挑战之一，中国研究人员曾广泛参与国际合作，如今这种合作存在技术泄露风险，美国需在保障国家安全的前提下，谨慎处理国际合作关系。

3、国际合作的复杂性：中美在量子技术领域存在竞争，同时也涉及国际合作的复杂局面。一方面，美国及其盟友在量子研究方面有合作需求，美国可以与欧洲、澳大利亚、加拿大等国建立伙伴关系，共同推动量子技术发展。另一方面，中国与其他国家在量子领域也有合作，如 “墨子号” 卫星项目与奥地利的合作。美国在制定量子技术政策时，需要权衡与盟友的合作以及对中国技术发展的防范，既要促进自身技术进步，又要防止关键技术流入竞争对手手中。

六、量子技术应用案例

1、量子导航：电子战中，GPS 易受干扰，俄罗斯、中国等国具备干扰、欺骗 GPS 信号的能力，影响美国军事和民用系统。量子传感技术可作为替代方案，通过测量地球重力和磁场提供抗干扰定位导航。美国国防部积极研发，如量子惯性传感器用于军事行动和精确计时，商业领域也有应用前景，其发展对增强美国军事和经济安全意义重大。

2、量子即服务（QaaS）：量子计算机成本高昂，QaaS 通过云端提供计算资源，方便企业和研究机构使用，是量子计算商业化的重要途径。2021 年其市场规模约 20 亿美元，发展前景广阔。企业和研究人员可借助 QaaS 探索量子计算潜力，混合计算模式将量子与传统计算结合，发挥各自优势，有望推动多领域发展，提升美国在量子计算领域的竞争力。

3、后量子密码学：量子计算机对现有加密构成威胁，可能使加密数据易被破解。美国和其他国家可能在收集存储加密数据等待量子计算技术成熟后解密。美国国家标准与技术研究院（NIST）制定了后量子密码学（PQC）标准，但向 PQC 过渡复杂且耗时，涉及新算法和产品开发部署。及时推进 PQC 实施对保障美国国家安全和商业信息安全至关重要。

七、政策建议

1、国家安全

量子传感与导航：建议美国建立量子传感计划，重点发展定位、导航和授时（PNT）技术。具体措施包括国防部联合多部门加速量子导航技术研发，满足军事和民用需求；相关机构开展高分辨率地图绘制项目，为量子导航和资源勘探提供支持；推动国际合作，共享地图，提升量子技术的全球应用和协同效应。

加密安全强化：管理与预算办公室（OMB）应加快联邦机构采用量子抗性加密技术的进程，通过预算手段督促机构落实。国家网络总监办公室（ONCD）需与行业监管机构合作，根据不同行业风险，更新网络安全法规并设定合规期限。到 2030 年，修订采购法规，要求公共和私营部门的关键系统采用量子安全加密，以保护敏感信息。

供应链保障：美国需确保量子技术所需原材料和加工材料的供应链安全，减少对国外敌对势力的依赖。国会应资助国防部相关项目，建立预测系统，储备关键材料，加强与盟友在供应链上的合作，制定共同的出口管制措施，防止敏感技术外流。

国际合作拓展：国会应授权资金用于与盟国的联合项目，深化跨境商业和研究合作。美国还应减少对私人量子投资的监管阻碍，推动量子技术商业化。美国国家标准与技术研究院（NIST）应建设共享量子测试和计量设施，降低企业研发成本，促进技术迭代。此外，还应设立量子传感计划，推动其在医疗、半导体等领域的应用，并通过举办量子挑战赛，激励实用型量子计算机的研发。

2、研究

研发投入增加：加大对国防高级研究计划局（DARPA）等机构的量子相关项目的资金支持，持续推进量子计算研发，确保美国在量子技术军事应用方面的领先地位。同时，资助能源高级研究计划局（ARPA-E）、信息创新办公室（ARPA-I）和卫生高级研究计划局（ARPA-H）等，开展量子应用研发，推动量子算法和软件的发展，促进量子技术在能源、医疗和基础设施等领域的应用。

资源共享与设施建设：美国商务部、能源部和国家科学基金会（NSF）应推出相关计划，为更多研究人员提供量子计算资源，加速应用开发。国会应授权能源部建立量子计算设施，整合量子系统与高性能计算（HPC），推动科学研究和工业应用，促进量子技术商业化。

3、劳动力

人才培养体系完善：国会应资助 NSF 开展量子劳动力发展项目，涵盖本科、硕士和博士阶段，培养量子技术领域的专业人才。增加对 NSF 培训项目的资金投入，设立量子科学专项，加强与产业界的合作，为学生提供实践机会。开发全面的本科量子科学课程，使学生具备进入量子技术行业的基础能力，并加强教师培训，确保教学质量。

吸引国际人才：鉴于美国国内量子专业人才短缺，国会应考虑扩大签证计划，吸引外国量子专家赴美工作。相关部门应明确关键量子领域的人才需求，通过多种签证渠道，吸引国际人才，增强美国量子技术领域的人才竞争力。