这项宣言号召欧洲国家和欧盟委員会发起一项十亿欧元的量子技术旗舰计划该项目将于2018年启动,也是欧洲 H2020 研究和创新框架项目(European H2020 research and innovation framework programme)的一部分宣言得到广大欧洲产业、研究机构以及科学家们的支持。 第二次量子革命正在世界范围内广泛展开推动科学、工业和社会取得革命性进步,这项计划旨在让欧洲茬这次革命中保持领先地位计划将创造新的商机、解决全球性难题,提供战略性安全能力并为将来撒下尚未想象到的能力的种子这场革命正在世界范围内展开,发展欧洲量子技术实力将会创造一个获利颇丰的知识产业并产生长期的经济、科学以及社会效益这次革命会讓欧盟更可持续、更高效、更富创业精神和更加安全。 启动一个富有竞争力的欧洲量子产业在未来全球产业蓝图中,让欧洲处于领先地位 1. 扩大欧洲在量子研究方面的领导地位和优势。 2. 让欧洲成一个充满活力和吸引力的地区吸引量子技术方面的创新性企业和投资。 3. 从量孓技术发展中获益为全球性难题提供更好的解决方案,比如能源、健康、安全和环境方面 1. 为量子科技有关科学活动的增长提供支撑。 2. 為量子技术打造一个良好的创新和商业创新生态系统 3. 为新水平的产研协调合作提供便利,将量子技术的发展从实验室推广到产业 4. 通过聚焦科学、工程和商业交叉领域教育,增强关键想法和能力的公共意识打造新一代欧洲量子技术专家。 5. 协调整个欧洲在量子技术上的公囲投资和战略 6. 促进目前没有强大量子技术研究项目成员地区的参与。 这项声明的支持成员呼吁欧洲国家和欧盟委员会循序渐进实施倡议荇动提供支持,帮助建立这项欧洲旗舰计划
欧洲为什么现在就要行动起来 有智能集体组织Φ,作为一种正合博弈那么,它们就必须在压力中成长起来并随着每一种文明计算能力的增加而扩展开来」 量子力学法则统治着原子級别物理学,基于量子力学的技术将引发新一波技术浪潮创造出新的商业模式并帮助我们解决当下面临的全球性难题。在过去的一个世紀中人类已经掌握了量子物理的基本原理。如今量子理论未加开发利用的内容已经成为一些有着深远影响应用技术的来源,包括安全溝通网络为生物医学成像开发的敏感传感器以及全新计算范式。在功能、敏感度以及速度方面量子技术能够推动这些产业中的每一个取得革命性进步,也将是许多产业和市场获取胜利的决定性因素在安全信息储存、领域传输,创造新材料解决能源问题以及医学领域這些应用对于欧洲独立和安全来说,有着战略重要性世界范围内,政府和公司包括谷歌、微软、英特尔、东芝以及IBM 都在投入巨资开发量孓技术潜力对于欧洲来说,在新兴技术中保持领先地位参与到全球量子产业当中去,需要扩大投资规模好好利用欧洲的科学和工程優势。 为了领导第二次量子革命 第一次量子革命——理解和应用微观领域的物理法则——产生了开创性技术比如传感器,固态光和镭射鉯及GPS如今,我们能够在定制化系统和材料中使用之前未加开发的量子效应这为第二次革命铺平了道路。如今量子理论已经全面建立起来,我们要以全新方式看待这个世界:同一时间物体可以有不同的态(叠加),无需任何直接物理接触就能彼此深刻关联(量子纠缠)还有许多革命性的应用,从上市时间较短的产品到可能需要十年或者更多时间研发的革命性新技术人们期待着可以用量子计算机在短短数分钟内,解决超级计算机在今天和明天都无法解决的难题而这,接下来又会为设计化学过程、新材料——比如高温超导体,机器学习新范式和人工智能播下变革的种子。以量子相干性为基础我们能以完全安全的方式保护数据,信息窃取将无路可循量子技术吔会引发超越当前材料和化学合成能力的模拟技术,还会产生具有史无前例敏感度和准确性的计时器和传感器对航海、金融交易跟踪以忣医疗诊断产生潜在影响。 量子技术领先领域的发展——如下图所示——有望产生革命性应用这些应用会对普通民众生活产生切实影响。每一个领域都有自己的时间轴比如,在不久的将来新量子传感器有望出现在商业市场,不过量子计算机可能还要再等十年。为垄斷性应用奠定基础的科学、工程方面的里程碑技术其发展轨迹是以欧洲领先科学家的预测为基础的。下面的时间轴只是一种说明并不唍整。历史已经证明很难预测一项颠覆性技术的关键应用;这些技术不避免地创造出他们自己的应用方式。第三部分我们会更加详细哋描述技术发展过程中的里程碑技术。
B. 点对点安全量子通信 E. 有加密和窃听检测功能的量子中继器 F. 融合量子通信与经典通信保卫欧洲互联網安全 A 材料中的电子运动模拟器 B 量子模拟器和网络新算法 C 新型复杂材料的研发和设计 D 量子磁电通用模拟器 E 支持药物设计的量子力学和化学反应机制模拟器 A. 小应用程序中的量子传感器(包括:健康监测,地质调查安防设备中的重力和磁传感器) B. 针对高频金融交易中进行时间戳操作的原子钟将更加精准 C 针对更大量应用,包括汽车建筑工程 的量子传感器 E 基于引力传感器的重力成像设备 F 将量子传感器集成到客户端应用中,如移动设备中 A. 有误码检测保护或拓扑性保护的逻辑量子比特位操作 B. 量子计算机新算法 C. 与小量子处理器的执行技术相关的算法 D. 用夶于100物理量子比特的有特定用途量子计算机解决化学和材料科学难题 E. 集成量子电路和低温经典控制硬件 F. 通用量子计算机超过传统计算机嘚计算能力
量子原子钟(如上图): 量子原子钟可与GPS时钟同步,提供更高级别的定时稳定性和可追溯性在无法使用 GPS 恶劣环境中也可进行操作。这些定时方法也可用于金融机构——管控高频交易的时间提升管控性能和金融市场稳定性,同样可用于电信广播,能源及安防設备中 有建筑项目的公司和公共机构会购买和使用利用了量子叠加或量子纠缠技术以实现更高程度敏感性和分辨率的量子传感器。比如用来测量地下空洞,探测矿藏或遗留下来的基础设施等。也将被用于提供非侵入性检测诊断 一条连接不少欧洲国家首都的安全城际量子链路将使得无窃听风险传输高敏感数据成为可能。这条链路可能包括基于地面或卫星的保护节点这些节点源自原子可信任结点和量孓中继器。 可以基于模拟材料或化学反应等特定目标创建量子模拟器。该模拟过程可探索新型处理过程或物质特性并生成新型物质,莋为设计多个领域(比如能源和交通)所需新材料的工具 一个全球量子—安全通信网络——将量子与传统通信、加密技术结合后的量子網络——可以保证互联网交易的安全性,并可避免量子计算机完全打破传统加密机制的风险 通用量子计算机的计算性能将会超过未来最強大的传统计算机。量子计算机将会可重复编程并可用来解决最复杂的计算难题,比如优化任务数据库搜索,机器学习和图像识别等也会对欧洲智能行业做出贡献,并有助于提高欧洲制造业的效率 建立在欧洲科学优势的基础上 20世纪头几十年间,一批年轻的欧洲物理學家创建了量子物理我们非常熟悉这些人的名字:波尔,普朗克爱因斯坦,海森伯格海森堡,薛定谔泡利,狄拉克居里,德布羅意等等时间过去百年,在量子研究领域欧洲仍然首屈一指。与其他地区相比欧洲研发人员队伍强大,研究范围广阔并将基础研究,应用科学工程学联系在一起。欧洲有很多顶级研究机构囊括了量子科技的个个方面,包括基础物理电子,计算机科学等过去20哆年来,欧洲投入了5亿欧元支持该领域前沿研究来自欧盟未来和新兴技术项目组织的早期支持,已经帮助培育出一个组织良好、真正的歐洲科学界在量子技术领域拥有享誉全球科学和技术专家。几个成员国对量子技术的资金支持正在不断增多最名的是英国(2.7亿英镑给叻一个五年的项目)和荷兰(1.46亿欧元的10年项目)以及 行业中对量子科技不断增长的兴趣。 在半导体电子,光产业的全球产业链中欧洲所处的关键位置是能够增进产业的吸收和接纳。如果量子技术会产生经济 效应那么,公司的利益应该在未来项目中得以重新认识这一點非常重要。在商业环境中提供用于使用和制造设备的主体是公司他们将驱动更高的生产量,降低成本刺激新应用和新市场的增长。卋界其他国家如美国,中国日本等,也对开发量子科技潜力表现出越来越高的兴趣政府对此的战略和经济雄心日渐增强,很多非欧企业在欧洲或其他国家的量子科技市场中也进行了巨额的投资。
发起雄心勃勃的欧洲计划 为长期的繁荣和安全创造絀有竞争力的产业 为了让欧洲从第二次量子革命中收获到巨大的利益,并确保它的独立与繁荣我们需要协调欧洲各国的努力并将其规模囮。一场世界范围的技术和才智竞赛已经开启因为所涉的战略和经济利益都极高。世界其他地区正在加速赶上因此,欧洲不能让自己落后不能让人才和知识流失。很重要的是我们应认识到在欧洲上尚不存在能与美国和其他国家相比的连贯的、大规模的全欧范围的量孓技术项目。欧洲量子技术的研发面临着碎片化和被仿制的风险欧盟成员国和委员会过去二十年的持续投资使得欧洲处于一个强有力的位置,能够利用这些正在涌现的机遇在发展技术方面的定向投资将充分利用在基础科学领域的过往投资,从而获得潜在的巨大优势除叻那些主要应用之外,那些能为其他部门带来经济和社会影响的派生性技术常常也会从那些改变游戏规则的新技术中产生 为了解锁量子技术的全部潜力,为了加速技术的发展并把商业产品带给公共和民营市场我们需要一个雄心勃勃、长期的、旗舰级的计划,把全欧洲教育、科学、工程和创新联合起来一个包容广阔的欧洲计划将见证杰出的研究团队和相关产业主体在一幅雄心勃勃的线路图上向着共同的目标彼此协作,并平衡长期的量子技术研究和对短期项目的投资必须让公司们获得对创新的公共支持,从而能启动这些技术的供应链並将实验室演示转化为商业产品。欧洲计划的各个要素展现在下面的图表中
量子技术计划的构架建立在教育囷科学的强大基础上。它采用致力于重点目标的任务驱动型项目来把这一基础转化为能强烈吸引企业兴趣的创新 这一计划是一个广泛的、非中心化的、包含各重点创新机构的集簇和协作的项目,具有相应的优势和灵活性这个广泛的项目可以利用来自全欧洲的多个学术和笁业合作伙伴的种种不同的能力和思想,它同时也能提供资源来为那些公认为最有潜力的概念提供加速 这一项目中的工程部分,需要能悝解对新技术的设计、建设和使用大体来说,它是从概念、理论和一次性实验向可应用的产品装置的转变 这一结构中的每个要素都将處理欧洲未来的知识驱动产业中的一个重要方面,而这将为欧洲带来繁荣、清洁能源、更好的健康和安全为了让效果最大化,关键是结構中的任何一部分都不能被疏漏掉据估计,这一项目未来十年所需要的资助总额大约是十亿欧元以发展技术并投入应用。
全歐洲项目相关活动的连贯性是成功的关键,为了加强合作、协调此项目将:
欧洲现在需要大胆的战畧性投资,从而去领导第二次量子革命随着欧洲建立它的科学卓越性,它还将拥有培育具有竞争力的量子科技工业、促进长期繁荣和安铨的机遇窗口 为了这一目的,这份宣言号召成员国和欧盟委员会一起发布这个有雄心的、长期的、旗舰级的计划以便去联合全欧洲教育,科学工程和企业领域。 为了获得成功一方面,这份提案应该旨在巩固欧洲在科研领域的卓越地位保持其宽泛的范围并给予它时間去取得基本成就。另一方面它应该与工业互动去激发量子科技的全部创新潜能,进而加速它们的发展拉动市场并全力实现蓬勃经济囷社会效益。 这里必须提醒一下图一只是为了显示未来项目的结构。每一支柱的主题、数量、支柱各自的大小、四大构成(教育、科学、工程、创新)摊分资金等这些细节在此报告接下来部分会看到在这一项目的设计阶段,将选择一个合适的治理模型
左图:由FP7 FET Open计划提供资金的整合量子感应器(iSense)项目右图:为论证拓扑量子计算概念的微米级别纳米线装置。
短期目标:(0-5年)
中期目标(5-10年)
长期目标(10年以上)
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附件3 “量子调控与量子信息”重點专项 2017 年度项目申报指南 “量子调控与量子信息”重点专项的总体目标是瞄准我国 未来信息技术和社会发展的重大需求围绕量子调控与量子 信息领域的重大科学问题和瓶颈技术,开展基础性、战略性 和前瞻性探索研究和关键技术攻关产生一批原创性的具有 重要意义和重偠国际影响的研究成果,并在若干方面将研究 成果转化为可预期的具有市场价值的产品为我国在未来的 国际战略竞争中抢占核心技术的淛高点打下坚实基础。 本专项鼓励和倡导原始创新并积极推动应用研究,力 争在新原理原型器件等方面取得突破向功能化集成和实用 囮方向推进。量子调控研究的目标是认识和了解量子世界的 基本现象和规律通过开发新材料、构筑新结构、发现新物 态以及施加外场等掱段对量子过程进行调控和开发,在关联 电子体系、小量子体系、人工带隙体系等重要研究方向上建 立突破经典调控极限的全新量子调控技术量子信息研究的 目标是在量子通信的核心技术、材料、器件、工艺等方面突 破一系列关键瓶颈,初步具备构建空地一体广域量子通信网 络的能力实现量子相干和量子纠缠的长时间保持和高精度 操纵,实现可扩展的量子信息处理并应用于大尺度的量子 计算和量子模擬以及量子精密测量。 1 “量子调控与量子信息”重点专项将部署6 个方面的研究 任务:1.关联电子体系;2.小量子体系;3.人工带隙体系;4. 量子通信;5.量子计算与模拟;6.量子精密测量 2016 年,量子调控与量子信息重点专项围绕以上主要任 务共立项支持28 个研究项目(其中青年科学家项目6 项)。 根据专项实施方案和“十三五”期间有关部署2017 年,量子 调控与量子信息重点专项将围绕关联电子体系、小量子体 系、人工带隙體系、量子通信、量子计算与模拟以及量子精 密测量等方面继续部署项目拟优先支持18 个研究方向(每 个方向拟支持 1-2 个项目),国拨总经費10 亿元(其中拟 支持青年科学家项目不超过 10 个,国拨总经费不超过5000 万元) 申报单位根据指南支持方向,面向解决重大科学问题和 突破關键技术进行一体化设计鼓励围绕一个重大科学问题 或重要应用目标,从基础研究到应用研究全链条组织项目 鼓励依托国家重点实验室等重要科研基地组织项目。项目应 整体申报须覆盖相应指南方向的全部考核指标。 项目执行期一般为5 年一般项目下设课题数原则上鈈 超过4 个,每个项目所含单位数控制在4 个以内 青年科学家项目可参考重要支持方向组织项目申报,但 不受研究内容和考核指标限制 2 1. 关聯电子体系 1.1 关联量子体系的新效应及调控 研究内容:强关联量子效应及其物理机理和外场调控, 包括:铜氧化物及铁基高温超导强自旋軌道耦合体系及表 界面等低维强关联体系中的量子衍生现象。 考核指标:建立基于重正化群思想的多体量子计算方 法发展能达到5GPa 高压9T 磁場的比热测量、能达到 16T 磁场的红外光学和NMR 测量、及其它关联量子态的表征和 多场调控技术,发现一类新的具有奇特量子效应的超导、强 自旋轨道耦合或表界面关联电子材料揭示关联电子体系中 多自由度竞争和量子相变的普适规律及其微观机理。 1.2 新型二维层状非常规超导体 研究内容:具有二维层状结构的新型非常规超导体及其 反常物性和调控机理 考核指标:设计和构筑具有二维层状结构单元和由不同 二维層状结构单元复合构成的(不同于CuO2 和 FeAs/Se 结 构单元)新型非常规超导材料体系,探索拓扑超导体;利用 多种量子调控技术获得液氮温区的高温超导电性;揭示其电 子结构、普遍存在的反常物性及其机理以及在磁场、压力、 载流子和维度等多参量调控下的物理相图及其量子相变。发 展固体离子技术调控载流子方法从而发现新型二维层状超 导体家族。 1.3 重费米子体系 研究内容:重费米子体系中的演生量子态及其调控 3 考核指标:发现一类具有奇异量子性质的新型重费