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欧洲各国已开始向量子技术的开发和商业化投入数十亿欧元,想要在一个有潜力能从根本上改变科学和社会的领域建立领先的技术地位。

Nations have started pouring billions of Euros into the development and commercialization of quantum technologies, trying to establish technological leadership in an area that has the potential to fundamentally change science and societies.


作者:Thomas Monz 博士
2021年5月27日

英文版 - English version

欧洲对其成就感到自豪——无论是在经济、社会、政府或是技术方面。然而,当我们仔细观察我们在日常生活中使用的工具时——尤其是我们的技术,从笔记本电脑和智能手机到社交媒体和网上购物——欧洲几乎没有制造或主宰任何经济、社会行为或技术中的佼佼者。欧洲能在这方面有所突破吗?可以。只要它投资下一代技术,从而确保私人通信的主权,以及投资新的计算能力,以帮助我们更好地理解复杂的过程——从金融到化学、包括基础科学甚至气候变化。

看看您现在可能握在手中的手机——您是否会选择欧洲产品去取代您很可能现有的美国或亚洲产品?在阅读本文时,您可能会听到来自您的社交媒体平台或私人电子邮件提供商的消息推送声音——这些运营商很可能与您提供的所有相关数据一起位于美国。您可能得承认,最近顺手使用的一些网上购物平台并非由欧洲公司运营。欧洲各国政府都意识到了这一点,包括在法律和经济上的影响。我们已经看到许多关于下一代 5G 网络硬件供应商的政治辩论,话题却主要围绕着美国的思科或中国的华为,从而忽略了欧洲的爱立信/诺基亚可能提供的解决方案。现在人们正在讨论关于使用人工智能和机器学习的相关规定。但是,如果我们用于训练算法背后的神经网络的大部分数据并不存储在欧洲,那么此类欧洲法规实际上又能提供多大帮助。目前虽然形势严峻,但这并不意味着欧洲在技术独立的竞赛中已经失去了机会——因为技术在不断发展。那么目前占主导地位的技术从何而来,又有什么可以取代它呢?

在 20 世纪初,科研人员注意到半导体行为的一个特点:电流可以朝一个方向流动,但不可以朝另一个方向。于是在后来,它被用作为激光器的组件,并推进了我们现在所说的二极管的发展,从根本上改变了这一发现之后的研究和技术。作为计算机和电信最基本的组成部分之一的晶体管,也是非半导体不可,因为它也采用了二极管的工作原理。因此,大部分 IT 和电子行业以及 20 世纪的收入都基于半导体行业。这些在 20 世纪初期仅几十年内发生的基本技术变化现在被称为第一次量子革命,因为半导体的基本物理可以用量子力学来描述。只要了解包含了半导体运行的微观世界的量子物理学,就可以预测、构建及运行上述技术。

通过第一次量子革命的成果,科学家们了解到该如何进行下一步:我们不仅学会了理解它们的行为,而且学会了控制单个原子和单个电子(所有物质的组成部分)以及单个光子 (光的粒子)。这就是我们所谓的第二次量子革命,目前正在21世纪发生。这些发展促进了以下四个主要的量子研究和技术领域,它们是目前世界各地开展的无数研究的重点:

  • 量子通信:其目标是实现网络远程节点之间的安全通信通道。在这种安全的量子通信信道上无法进行窃听,不是因为技术细节,而是因为这将违反自然规则和量子力学。
  • 量子钟和传感器:我们已经学会制造结合了量子力学和广义相对论的传感器,通过简单地在地表进行非侵入性测量来指示地下是否可能存在铁矿石或水。此外,取代米级的厘米级精度的全球定位也已触手可及。
  • 量子模拟:超导体是一种没有电阻的材料,但它们只能在超低温下工作。量子模拟器可加深我们对此的了解,并有可能设计出可以在室温下工作的超导体。这种超导体可以至少节省目前从发电厂到最终用户之间所损失的全球电力的 5% 。
  • 量子计算机:这些机器可以实现新的药物设计或化学过程的建模,例如自然氮结合(一种受精形式)或光合作用。虽然我们理解了过程的逻辑,但我们缺乏巧妙的方式去重现这些过程的可能性。因此,化学工业和农业仍然使用古老的哈伯法来人工生产肥料,而这也需要另外 5% 的全球电力消耗。如果化肥(以及粮食生产)或防治森林砍伐和荒漠化的成本降低几个数量级,那这将对社会和环境造成怎样的影响?

那么,量子研究的主要地点在哪里? 普朗克、薛定谔、爱因斯坦、玻尔、狄拉克、波恩、海森堡、索末菲、泡利和费米等量子力学的奠基人绝大多数都是欧洲人。他们的发现和相关研究在欧洲大学中根深蒂固,他们的名字也经常出现在科研机构和实验室的名称中。通过英特尔和微软等公司与代尔夫特或哥本哈根研究机构密切合作的战略决策也可以看出这种地位所得到的认可。博世、SAP公司、道达尔、空客或源讯等欧洲公司的类似战略活动也指日可待。

欧洲正在进行出色的量子研究,但这如何能为我们带来社会经济效益?第二次量子革命潜在的经济影响不容小觑。上述例子只是通过量子技术支持可以更好地为全球做出贡献的众多方面中的冰山一角。因此,从地缘政治利益的角度来看,不仅要跟上全球量子研究开发的发展,还要积极支持这些发展。这可以通过推进和实施基于量子科学的应用程序来实现。

欧盟宣布了量子技术旗舰,目标是从2018年开始在 10 年内向量子技术投入 10 亿欧元,其中一半来自欧盟成员国。然而迄今为止,旗舰本身已为第一阶段投资约 1.2 亿欧元,第二阶段的开始似乎已经推迟。相比之下,欧洲旗舰计划在 10 年内投资 10 亿欧元,而美国则宣布将在 5 年内投资约 12 亿欧元。中国承诺投资约82亿欧元,并已实现利用卫星进行量子通信。可能与欧洲旗舰内所需的国家活动有关,德国近期宣布向本地量子技术投资 20 亿欧元,法国也宣布了类似的投资,资金为 18 亿欧元,荷兰表示将向量子技术投资 6.15 亿欧元。然而,这些投资主要分布在数百个研究项目中。放眼美国,量子技术初创公司曾多次成功说服风险资本家向一家公司投资 4800 至 8000 万欧元,门票高达 5 亿欧元。这些活动表明,不仅欧洲以外的政府投资地更多且更频繁,甚至欧洲以外的私人实体也正试图通过投资量子技术抢占先机。

欧洲是否能利用其在量子研究方面的领先优势占领量子技术的商业领先地位?德国和法国最近的活动显示,欧洲有意在量子技术的研究和应用方面取得先机与成功。只要较大的欧洲公司齐心协力去实现这一目标,欧洲或许能够引领第二次量子革命——而不仅仅是追随它。

本文中表达的观点均为作者自己的观点,并不一定代表iGlobenews 的立场。


图片: 行业标准离子阱量子处理器 © 阿尔派量子技术
关键词 (Keywords)

量子计算、旗舰量子技术、欧盟、阿尔派量子技术
Quantum computing | Quantum Technologies Flagship | EU | Thomas Monz | AQT

地区 (Region): 欧洲 (Europe)

领域 (Issue Area): 科学 (Science)