【公益译文】英国《国家量子战略》(上)

admin 2023年12月4日22:20:00评论3 views字数 15875阅读52分55秒阅读模式
【公益译文】英国《国家量子战略》(上)

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部长致辞

第一代量子技术产生了从MRI机器到移动设备的许多创新,这些创新我们现在已习以为常,不以为然。然而,还有些发明同样强大,强大到可以颠覆我们的世界,但却鲜为人知。


这些发明出自英国的实验室,将改善居住在英国的每个人的生活,小到改善医疗保健、加快新药研发,大到促进经济增长和安全以及提供就业机会。此外,它们还能用于应对气候变化,为我们的后代建设可持续的未来,并帮助英国应对日益严重的全球波动,正如政府的《综合评估更新》所述。


量子改写了经典物理学规律,将不可能变为可能。例如,高灵敏度大脑扫描仪可以让我们更深入地了解癫痫或痴呆症,传感器可以让我们透过地表看到地球深处。这些已经在现实世界中得到应用。


2023年,政府成立了科技创新部(DSIT),旨在将英国打造为世界上最具创新性的经济体和科技超级大国。量子技术是这一使命的核心,为未来五大重点技术(量子、人工智能、工程生物学、半导体、未来电信)之一,不仅如此,它还会助力其他四项技术充分释放潜力。


在量子技术方面,英国俨然已领先于全球。2014年,我们设立了世界上第一个国家量子技术计划,为优秀的研究项目提供支持,并着手转化技术研究成果。近十年前,英国就已预见到了这一趋势。经过多年发展,国内现已形成高度合作的量子社区。英国在量子领域拥有世界领先的优势,比如,我们有在这个领域进行深耕的人才、在各个量子技术领域积累的知识、快速增长的量子行业,以及我们在量子和相关供应链中的优势。


英国不仅有远见,还会提供长期的资金支持,以巩固这些优势。这项国家战略表明了英国发展量子技术的决心,描绘了未来十年的量子技术发展蓝图。我们坚信,在量子物理方面,英国应该走在世界前面,在硬件、工程和先进制造以及整个经济体的软件和应用领域提供机会,促进就业。作为新成立的部门,我们的风格是立即行动。基于十年长期规划的强大支持,我们将在未来十年内对量子投资增加一倍以上达25亿英镑,以抛砖引玉,吸引巨额私人投资。


这项十年规划将资助更多的前沿量子研究,支持和发展量子行业,让全国上下为量子革命做好准备,确保英国在量子技术的监管和道德使用方面处于国际领先地位。我们将使英国成为尖端科学突破的发源地、启动和发展量子业务的最佳场所、国际量子和技术界的主要发声人,从而吸引世界各地的量子人才。


我们与英国量子界携手合作,制定了这一国家战略;我要感谢为这一进程作出贡献的每一个人。正因为你们的辛苦付出,我们才能向目标迈出这坚实一步。


执行摘要

在未来十年里,量子技术将彻底改变英国生活的方方面面,大大裨益于英国经济和社会,促进我们对地球的保护。正如《综合评估更新》中所述,英国作为世界强国,将量子视为政府的首要任务之一。《国家量子战略》基于目前已取得的成就,制定了十年计划,目标是充分发挥这些技术的潜力,推动英国发展。


量子技术利用原子级现象来寻找操纵信息的新方法。未来,这些技术可能会解决当前最强大的高性能经典计算机也无法解决的复杂问题,在传感、授时、成像和通信等前沿领域实现全新突破。


量子技术为解决当前一些最严重的社会挑战提供了可能性。尤其令人期待的是,它们还可能实现难以想象的新能力,改善我们的生活,推动经济增长,创造就业机会,更好地保障安全。


  • 量子计算机的计算能力将呈指数级增长,彻底改变医疗系统(这包括大幅改进新药研发技术、根据遗传和环境因素为病人提供个性化治疗等),促进对国家能源基础设施的管理和充分利用,甚至加速自动化和全新人工智能的应用进程。量子技术能改进太阳能电池板和电池,减少数据中心的能源需求,实现我们的可持续发展目标。在未来三到五年内,量子计算可以为世界各国带来50亿至100亿美元的收益;在接下来的十五到三十年里,这一数字将上升到4500亿到8500亿美元。

  • 量子传感和成像可以让我们深入了解此前未知的地下情况,节省数十亿美元的环境监测费用和大型建设项目成本,为疾病诊疗以及监测和减少不可见的温室气体排放开辟新的途径。到2030年,量子传感预计会产生至少50亿美元的收入。

  • 量子时钟和通信无需使用卫星链路就能提供导航和计时能力,增强了铁路、电信和应急服务的韧性,同时可以加固全球通信网络,抵御网络攻击。到2030年,量子通信的收入预计将达到80亿美元。同时可以加固全球通信网络,抵御网络攻击。到2030年,量子通信的收入预计将达到80亿美元。


率先开发并广泛应用量子技术的国家将在生产力、经济增长、健康、可持续性、国家安全和韧性方面获得巨大优势,尤其是考虑到量子计算机预计能够破坏用于保护互联网的加密技术。这意味着量子技术将是政府重点关注的技术,对我们的经济增长、经济安全、国家安全和国防至关重要。当前,全球各国展开了量子能力开发和商业化方面的较量。英国先行一步,其他国家也不甘落后,加速前进。加大投资、扩大目前的领先优势是英国开发出量子技术的保障。


2.1 夯实基础,厚积薄发

英国已取得巨大进展;从2014年起,在研发方面投入了10亿英镑。在过去十年间,该计划让英国在量子计算、传感和授时、成像及通信方面获得了领先能力并铺平了入市道路。正因为此,英国在量子领域拥有显著优势和机遇:


●国家在量子技能方面进行投资,资助研究生研究和研究员项目,拥有一些世界领先的量子专家。人才是在英国运营量子业务的关键吸引力。

●英国的量子行业发展迅速,量子公司数量仅次于美国,在吸引私人投资方面排名世界第二,领先于欧洲其他国家。

●英国行将形成的量子行业拥有广泛的能力,拥有计算、通信、传感、成像和授时等各种量子相关公司。在开发纠错型和应用型量子计算软件方面,英国也被公认为世界领先。

●在供应链方面,我们具有光子学、电子学和低温学等领域的行业优势,这些领域对量子技术至关重要。我们拥有世界领先的集群,比如南威尔士的化合物半导体集群,还有苏格兰历史悠久的光子学集群。

●英国量子界内部的协作是一种稀缺优势。政府资助了139个项目,仅“创新英国商业化量子挑战赛”就吸引了141个量子组织参加。英国量子界的各个元素——从硬件到软件、再到组件和推动者——之间的相互作用尤为明显。

●国家物理实验室具有全球最优的测试和保障能力,作为关键部门,为该行业赋能。

●我们还在太空、金融、航空航天、国防和生命科学等领域拥有关键用户优势,国内市场需求旺盛。

●在人工智能、高性能计算、太空、电信和工程生物学等领域,英国也有技术优势。这些技术与量子技术集成后,可以提高能力和影响力。


政府持续通过国家量子技术计划进行投资,创造了独一无二的多样化量子人才、能力和技术库。然而,考虑到全球变革的速度和量子技术广泛应用的挑战,我们需要立即制定十年计划,明确目标和资金,利用领先地位,加快商业化步伐。


这一战略雄心勃勃,提出方法支持英国在量子计算、传感、授时、成像和通信等领域的技术发展。我们将在硬件平台、软件和组件方面打造英国优势,加强英国在整个供应链中的能力。尽管国际合作是这一方法的重要组成部分,但纯粹依靠他人获得此类关键技术并非长久之计。我们将在技能、基础设施、监管和标准等关键方面进行投资,进一步推动生态系统的发展;关注这些技术在国内外的发展及市场动态,灵活调整方法,获得最优效果。


2.2 未来十年愿景、计划和承诺

我们的愿景是,到2033年,将英国打造为领先的量子经济体,拥有世界领先的产业,量子技术成为英国数字基础设施和先进制造业基地的必备部分,驱动增长,助力建成繁荣并充满韧性的经济和社会。


为了实现这一目标,我们承诺,从2024年起的十年内,将投资25亿英镑开发量子技术,这是目前公共投资的两倍多,旨在为该计划带来额外的10亿英镑私人投资。计划将:


●确保英国拥有世界领先的量子科学和工程,促进相关知识和技能在英国的发展;

●支持量子业务,让英国成为开办量子公司的首选地、全球供应链必不可少的组成部分以及投资者和全球人才的不二之选;

●推动量子技术在英国的落地和应用,惠及经济和社会以及国家安全;

●建立国内和国际监管框架,支持量子技术的创新性和道德性使用,保护英国的能力和国家安全。


战略提出了十年愿景、计划和重点行动。随着量子技术的发展,英国需要做出一些关键的战略决策,确定工作重点,将这些技术转化为切实的好处。在这一早期阶段,除了软件和用例开发,重要的是继续建设该学科,发展充满活力的生态系统,探索各种技术平台,发掘供应链中英国具有世界领先优势的部分。同样重要的是,尽可能提高针对性,与业界合作,加快高价值应用程序的开发,促进世界级量子行业的形成,惠及经济和社会。


因此,我们将在与英国量子界充分沟通的基础上,根据实际进展和大趋势,在计划中敲定重点行动。我们将定期向首相领导的国家科技委员会汇报,并发布年度进展报告。


2.3 目标

【公益译文】英国《国家量子战略》(上)


2.4重点行动

本战略阐述了为实现这些目标我们需要开展的主要活动,包括:

(1)自2024年起的十年内,政府将投资25亿英镑的资金用于量子研发。这些资金将用于:

  • 建立量子科技研究中心网络,让英国成为未来的全球卓越中心

  • 实施加速计划,加快量子技术的开发和商业化步伐

  • 挑战型创新,推动产业、学术界和政府之间的合作,为不断发展的英国量子行业提供动力

  • 针对研究生技能、技术人员和学徒的培训和人才计划,为英国提供必要的量子研究人员、创新者和从业者

  • 与国际合作伙伴开展的协作研发计划

  • 对基础设施投资,支持量子研究人员和公司

  • 基础研究投资

  • 为国家量子计算中心增资,用于采购设备和量子计算能力,供企业、研究人员和政府使用


(2)从今年开始,增加量子技术投资,具体包括:

  • 启动7000万英镑的量子计算和定位、导航、授时(PNT)任务计划

  • 投资1亿英镑,继续建设量子计算、通信、传感、成像和授时研究中心

  •  2500万英镑,为量子研究员和博士培训提供资金

  • 1500万英镑,用于推动政府采购量子技术,用于公共事业

  • 2000万英镑,用于加速与行业在量子网络方面的协作研发

  • 2000万英镑,通过国家量子计算中心开展更多活动

  • 建立国际科学伙伴基金,加强国际合作

(3)鉴于技术人员的重要性,启动新的量子博士培养中心和研究员项目,成立量子技能工作组,制定行业实习计划和量子学徒计划。最初,会在未来两年内提供2500万英镑,之后继续增资。


(4)采取积极措施,进行投资,吸引国外的高水平量子人才到英国工作并留住这些人才,包括在全球人才网上线量子人才板块。


(5) 对量子行业的基础设施要求进行独立审查。


(6) 在国内外宣传英国量子公司,开展针对性活动,在全球供应链中创造业务机会,获取投资,帮助英国公司扩大规模。


(7) 吸引国外量子公司到英国开展业务,为其提供项目和投资机会等方面的支持。


(8) 建立更有效的机制,通过量子催化基金提供催化资金,以加快政府采购,使政府成为最早采用量子技术的明智客户。未来两年先试点投资1500万英镑催化基金,用于包括国家安全的量子领域。


(9) 加快国家量子计算中心的建设,支持包括政府在内的英国经济关键部门采用量子计算,为企业、研究人员和其他用户提供入口,就量子计算资源的获取和使用进行协商。


(10) 大幅扩大英国与全球盟友在监管和标准方面的双边、多边和更广泛的多边论坛伙伴关系。


(11) 通过监管地平线委员会(Regulatory Horizons Council)对量子技术监管的未来需求进行审查,推动行业创新和发展。


(12) 通过《国家安全投资法案》和出口管制等保护量子的关键能力领域,并为量子界提供指导和支持。


(13) 在科技创新部(DSIT)下设立量子办公室,重点推动实施这一战略,定期向首相领导的国家科技委员会汇报。


就战略相关工作,我们进行了广泛咨询,在此感谢所有提供证据并参与研讨会和讨论的人,并特别感谢国家量子技术计划合作伙伴、彼得·奈特(Peter Knight)爵士领导的独立战略咨询委员会,他们提出了宝贵建议,还要感谢物理研究所、工程技术研究所、techUK、皇家工程院和UKQuantum,这些单位为我们提供了支持。


英国的量子技术

3.1 何为量子技术?

我们日常生活中用到的许多技术都是基于量子力学知识,小到智能手机和现代电信使用的激光,大到彻底改变医学成像的超导设备。


如今的第二代量子技术能够产生、检测和控制量子态,取得了全新进步。我们正处于新一轮创新浪潮的风口浪尖,性能将会显著提升,包括计算能力的空前提高、极致精确的传感器和增强通信。


量子技术带来的好处,以及人工智能、高性能计算(HPC)等各种技术,将改变我们与世界的互动方式。这些技术可能会提高包括卫生、网络安全和国防在内的诸多关键部门的韧性、国家安全、生产力和竞争力,帮助我们应对巨大挑战。量子技术也带来了潜在的国家安全挑战,比如,量子计算机或有能力破坏用于保护互联网数据的加密技术。


原子或亚原子的自然物理特性,以及量子系统,都极易受到外部干扰(高度灵敏的传感器和精确时钟应运而生),表现出新特性(如连接粒子的能力(纠缠)、让粒子以多种状态存在的能力(叠加)),为信息存储、处理和发送提供了全新的方式。量子技术使用这些量子效应进行计算、创建物体图像、感知物体大小、形状或运动,还能提供授时信号。


英国在现代量子物理学方面的研究已有多年,成果斐然。早在20世纪90年代初,Artur Ekert就开创性地提出,加密密钥可以由量子系统保护;而当前,我们的研究组织和企业正在开发相关尖端技术。


3.2 国家量子技术计划

英国颇有远见地于2014年建立了国家量子技术计划(NQTP),开展政府、学术界和行业之间的合作,让潜力无限的量子科学走入大众。该计划的投资包括:

  • 向量子研究中心投资2.14亿英镑作为研究经费,加快量子技术在通信、传感授时、增强成像和计算等领域的开发和商业化进程。量子研究中心是一个国家级网络,包括四个技术中心,由高校主导,工程与物理学研究委员会(EPSRC)提供资金。这些中心覆盖全英30多个研究组织,是相关生态系统的重要组成部分。

  • 向“创新英国”(Innovate UK)举办的商业化量子技术挑战赛投资1.84亿英镑(包括2023年的1000万英镑拨款),用以支持大学和公司共同研发量子技术。该挑战赛旨在资助行业领先项目,基于量子科学进步开发新产品和技术。

  • 为国家量子计算中心(NQCC)投资9300万英镑,加速建造可扩展量子计算机。国家量子计算中心是一家新成立的研究机构,由英国科研创新署(UKRI)提供资金。

  • 国家物理实验室(NPL)的量子计量研究所,在测试、评估和加速量子技术商业化方面提供国家能力,确保国家量子技术计划在国际标准开发方面发挥领导作用。

  • 基础物理量子技术计划,应用量子技术研究有关宇宙的基本问题。

  • 投资专业博士培养中心,资助研究生培养项目,输出合格的量子研究人员。

  • 此外,国防部还资助了若干与国家量子技术计划相关的国防科技实验室(Dstl)项目,着力研究量子在国防方面的应用。


注:国家量子计算中心(NQCC)是一家由英国科研创新署(NQCC)资助的新研究机构,主要任务是解决扩展性问题,做好技术准备,推动量子计算发展。NQCC将与行业、政府和研究界合作,协调、交付技术项目,建设必要的研发能力,对新设施进行调试和运营。


国家量子技术计划将提供可靠的量子计算能力,保证英国的国际竞争力。国家量子计算中心的总部位于科技设施委员会(STFC)位于牛津郡的卢瑟福-阿普尔顿实验室(Rutherford Appleton Laboratory )的一处专门设施内,将于2023年完工。


3.3 英国的优势

当前,英国的量子研究和行业正蓬勃发展。


从哈韦尔(Harwell)的国家量子计算中心(NQCC)到特丁顿(Teddington)的国家物理实验室(NPL)、格拉斯哥(Glasgow)的弗劳恩霍夫应用光子中心(Fraunhofer Centre for Applied Photonics),再到约克大学、伯明翰大学、格拉斯哥大学和牛津大学领导的四个研究中心,区域性卓越中心遍布全国。这些中心及其社区形成了广泛的网络,汇集了来自大学、国家实验室和行业合作伙伴的专家,在量子科技方面展开合作。这一生态系统充满活力,以协作为特色,将优秀的研究成果进行转化,推动商业化应用,受到了其他国家的广泛赞赏和效仿。


自该计划启动以来,国家量子科技中心已取得多项世界第一,例如量子重力仪(能够感知地下物体)的首次工业演示、第一次芯片到芯片的量子密钥分发(QKD)加密传输以及创纪录的离子阱量子计算性能。英国在多项全球学术卓越指标中均跻身前五。


注:量子传感与授时:对于陆地、海洋或太空中的事物,我们的检测和监控能力越来越强。但对于地下空间,我们往往仍然通过挖掘或钻孔来寻找被遗忘的管道、电缆等物体或者定位、测量天坑和矿井。EPSRC支持的英国传感授时国家量子中心以及国防科技实验室(Dstl)的研究人员与专业环境工程公司RSK和Teledyne e2V合作,开发了一种新的地面测绘技术“量子重力梯度仪”。该仪器的工作原理是利用量子物理学原理探测微重力的变化。2022年,首次在实验室外进行测试,成功探测到一个隐藏在地下的物体。与现有系统相比,这项技术提供的功能可望会更快、更便宜且更可靠,能够将调查时间从一个月减少到短短几天。


国家量子技术计划已向多家英国公司成功转让了知识和技术,创办、支持了大约50家量子技术初创企业,培养了一支高水平量子人才队伍,包括470多名博士研究生和多个研究员项目,在量子技术方面吸引的人均风险资本投资全球最高。


英国在计算、通信、传感和授时领域开发的新量子设备目前正在全球范围内进行广泛试验,这些设备从可穿戴大脑扫描仪到微型原子钟不一而足,前者可提高人类对神经疾病的认识,后者让人类不再依赖于卫星授时,对医疗保健、导航和金融服务等各行各业都至关重要。


该行业的最新进展表明,英国是量子技术商业化和部署的创新中心。例如,伦敦启动了量子安全通信服务的首次商业试验;量子摄像头被集成到油气行业监控系统中;发布了独立于平台(Platform Agnostic)的量子计算操作系统。


英国已成为量子初创企业数量最多的欧洲国家,吸引的资本投资也是欧洲最多。自量子技术计划启动以来,英国商业化量子挑战赛支持的企业从私营部门渠道已募集了超4.25亿英镑的资金。


120多家英国企业已与英国国家量子技术研究中心展开合作。认识到这一合作所带来的好处,多家跨国量子公司开始选择在英国开展业务。英国在供应链的各个环节也有领先企业(包括激光器、低温系统、高真空设备、电子控制系统和光子探测器),这些企业赢得合同后,向全球各国输出量子产品。


总而言之,英国之所以能吸引大量人才、投资和合作,是因为其全球知名的卓越研发能力、创新、透明的监管环境、世界级的知识产权和有竞争力的税收制度以及为创新公司提供的特殊签证计划。在新兴技术开发的关键部门,如先进制造业、汽车、航空航天和金融,英国也获得了巨额研发投资。


3.4 挑战

如上所述,量子技术有巨大的应用潜力。这既是机会,也是挑战。广泛的应用范围意味着潜在用户通常需要时间和大量的专业知识才能了解技术的潜力并选择最具影响力的应用领域。


量子技术带来的其他挑战包括:

  • 这项技术仍属于新兴技术。与其他应用相比,量子计算距离上市为期尚远,还无法确定哪种技术方法可以最有效地解决科学和工程挑战。了解量子硬件和软件之间的相互作用,以及每种技术方法对应的供应链,这对于增强英国实力也很重要。在其他领域,如传感和授时,尽管可以在实验室中证明性能发生阶跃变化,但在现实世界中,何时首选量子方案并不明朗。

  • 现在仍处于量子商业化的早期阶段,大多数量子技术处于研究、开发或早期演示阶段。开发量子产品和服务既漫长又富有挑战,要获得盈利,需要持续投资和提供支持。

  • 量子类公司初期只能进行小批量探索性设计,同时又必须与其他较为成熟的行业竞争,以获得包装和制造能力,因而面临挑战。与其他深度科技行业一样,量子产品的研发和部署资金需求相当大。未来几年,随着产品的上市步伐加快,昂贵的基础设施和商业规模的包装和制造设施越来越必要,公司将面临更大挑战。

  • 尽管英国在这方面持续投资,但量子技能仍供不应求。量子技能竞争日益激烈。近期有分析显示,全球量子人才招聘广告中,量子人才需求是合格人才的三倍,美国顶尖量子专业人士的工资是英国平均水平的两倍多。

  • 全球投资和竞争正高速、大规模增长。在不断变化的地缘政治背景下,各国都在加大对国家级研究计划的投资——中国投资了至少150亿美元,欧盟投资了至少72亿美元,美国目前每年的支出约为8.2亿美元,日本最近将其2022年的年度支出翻了一番,达到约5.9亿美元。

  • 国外大型公司也建立了重要的量子计划。这方面的频繁活动意味着英国公司面临着更激烈的人才竞争,必须识别技术转让和贸易限制方面的潜在风险。


3.5 英国采用的方法

如果能够克服上述挑战(其中许多挑战其他国家同样面临),英国将很有可能在量子技术方面领先于世界。对于不同的量子技术,英国均有战略性方案可选:


在量子计算方面,英国要支持开发、获取最先进的、最终可完全扩展的机器,探索对经济和社会的有益应用并展开研究。这将为英国量子行业带来重大机遇,在全球获取客观市场份额,创造就业机会,促进英国经济发展。这意味着我们必须持续提升英国在量子计算软硬件和整个供应链方面的优势,同时应对重大的工程挑战。


鉴于技术仍处于早期发展阶段且可借助多种平台开发完全可扩展的机器,英国将采取大胆计划,广泛支持量子计算,用于开发各种硬件平台、软件、组件和所有相关供应链。尽管国际合作将不可或缺,但仅仅依靠他人获得量子计算硬件不符合英国利益,因此我们将继续自主研发硬件平台和软件,以此巩固英国的优势。我们将关注这些技术在国内外的发展及市场动态,灵活调整方法,获得最优效果。


在量子传感、授时和成像方面,我们的目标是与国际伙伴合作开发技术,在全球下一代传感器以及定位、导航和授时(PNT)能力方面发挥重要作用。

对于量子通信,我们一方面要挖掘这些技术在安全通信方面的潜力和明显优势,另一方面,要利用它们提供的联网机会,扩展量子计算机、共享信息,应对数据存储挑战。采用该方法时,离不了与国际伙伴的合作。


随着量子技术的发展以及各种用例的充分演示,英国需要做出关键的战略决策,确定工作重点,将这些技术转化为切实的好处。在这一早期阶段,除了软件和用例开发,重要的是继续建设该学科,发展充满活力的生态系统,探索各种技术平台,发掘供应链中英国具有世界领先优势的部分。同样重要的是,尽可能提高针对性,与业界合作,加快高价值应用程序的开发,促进世界级量子产业的形成,惠及经济和社会。


因此,我们将在与英国量子界充分沟通的基础上,根据实际进展和大趋势,在计划中明确政府行动。我们将定期向首相领导的国家科技委员会汇报,并发布年度进展报告。


该战略阐述了如何通过国内外政策将这种方法付诸实践,实现英国的量子技术愿景和目标。


3.6 十年愿景和目标

在未来十年里,我们将基于当前成果,利用英国在世界上的领先科学和能力,支持英国量子产业的持续增长,挖掘量子技术对经济的巨大潜力,将英国打造为世界领先的量子经济体,驱动增长,提升经济和社会的强度及韧性。


为了实现这一愿景,我们设定了四个目标:

  • 确保英国拥有世界领先的量子科学和工程,促进相关知识和技能在英国的发展;

  • 支持量子业务,让英国成为开办量子公司的首选地、全球供应链必不可少的组成部分以及投资者和全球人才的不二之选;

  • 推动量子技术在英国的应用,惠及经济和社会以及国家安全;

  • 建立国内和国际监管框架,支持量子技术的创新型和道德性使用,保护英国的能力和国家安全。

政府发布了《科学技术框架》,计划将英国建设成科技强国,促进增长,增加就业,大胆探索,应对当今和未来挑战。《科学技术框架》是在与行业、学术界和政府部门的专家和从业者协商后制定的,旨在应对英国在科技强国之路上的关键挑战。该框架描述了整个政府的统一规划,引入了一种真正的系统性方法,确保政策、交付、资金和信息杠杆在传统上隔离的各部门间对齐并一致传达,保证英国完成其获取战略性科技优势的首要任务。这包括增加研发投资(虽然英国现有的人才和技能库已令人艳羡),在基础设施研究和创新上注入资金,合理监管,支持创新和不断发展的技术部门。


该框架还使用更为系统性的方法确定了英国需要优先发展的技术,其中,量子技术与人工智能、工程生物学、半导体和未来电信为前五项重点技术。框架要求政府加大杠杆,这将利好量子技术。因此,《国家量子战略》重点关注的是政府等各方为支持量子产业增长所需要采取的相关活动以及政府方面的各大举措。


以下各章逐一阐述了如何实现上述四大目标。


世界领先的研究水平和技能

确保英国拥有世界领先的量子科学和工程,促进相关知识和技能在英国的发展。


4.1 研发

英国具有卓越的科学创新,尤其在量子技术领域,目前已制定了公、私营研发计划,2014~2024年期间的投资额超10亿英镑。


不仅如此,下一阶段的量子研发目标还会更为宏伟,规模更大,影响力更广。该阶段将侧重于巩固和加强现有优势,探索科学工作的新领域,将为我们的研究人员和企业转化、演示和商业化量子研究成果提供更大的支持,推动关键领域发展,提升商业、社会和安全价值。如此,英国才能长期保持其全球卓越中心地位。


因此,我们将建立2024~2034十年量子研究和创新计划,投入高达25亿英镑。


新计划将分为两期实施,每期5年,将在与政府各部门合作伙伴(尤其是英国皇家研究院)、独立专家和行业充分协商后制定。第一个五年期的核心内容包括:

  • 建设一批以应用为重点的新量子技术研究中心。以现有中心的成果为基础,建立充满活力的量子研究和创新生态系统。未来的中心将围绕特定的应用领域或主题开展活动,增强量子技术的实力和深度,促进未来增长和国家能力。借助于这些中心,英国才能长期维持其尖端量子科技的全球卓越中心地位。这些新研究中心将由量子技术和相关学科的学术专家组成,并与来自量子行业、政府或其他行业的合作伙伴进行合作。研究中心还将建立必要机制,将这些新兴技术整合到以最终用户为主导的更广泛系统中。

  • 以任务为中心的方案:以具体成果为中心的创新计划,推动发展,实现既定的社会和经济效益。

  • 行业主导的创新计划:促进研发活动、鼓励行业在解决商业化现有挑战的领域加大投资的项目型计划。此类计划可包括可行性项目或合作创新项目,前者是为了挖掘量子技术商业化的新机会,后者是为了应对量子成果转化和商业化方面的挑战。

  • 加速器计划:以英国当前计划的关键优势为基础,发展特定的技术部门和公司,加快量子在商用和技术方面的成熟速度,在具有重大市场机会的领域提高主权能力和市场领导地位。此类计划将侧重于与用户和集成商在真实环境中进行演示,消除早期增长与市场准备度之间的差距。

  • 培训和人才计划:投资培养研究生、技术工程专业人员和学徒,为英国提供必要的量子研究人员、创新者和从业者。

  • 国际合作计划:利用现有计划的优势,与英国的亲密伙伴扩大国际研发合作,实现互惠互利。

  • 基础设施投资:满足不断变化的领域和部门需求,包括为国家量子计算中心和国家物理实验室等国家单位的核心业务活动持续提供资金。

  •  支持基础研究:通过现有的EPSRC和STFC计划,继续支持响应模式研究,推动科学发展,扩大量子在研究领域的应用。


英国需要从目前的研发计划平稳过渡到新的十年计划。当前计划将持续到2024年,此间会通过所有现有核心要素维持世界水平的领先研究。在接下来的一年中,我们将广泛征求意见,就未来计划的具体细节进行咨询,并追加投资,支持现有计划的完成,进而过渡到新计划。这些追加的投资包括:


向新量子中心投入1亿英镑,进一步开发计算、通信、传感、成像和授时等现有应用领域。

  • 为两个短期量子任务投入7000万英镑,重点实现量子计算和PNT的关键技术里程碑。这些任务为期三年,将作为十年长期任务的试点项目,促进技术发展,解决社会所面临的的一些最紧迫的挑战。

  • 在现有的博士培养和研究员中心计划之外追加2500万英镑,用于量子研究和博士培养。

  • 1500万英镑,用于推动政府采购量子技术,用于公共事业。

  • 2000万英镑,用于加速与行业在量子网络方面的协作研发。

  • 2000万英镑,通过国家量子计算中心开展更多活动。


在英国政府2.5亿英镑的投资中,其中7千万英镑用于技术任务,目的是:

  • 在定位、导航与授时(PNT)方面,加速发展量子技术的韧性能力,到2025年,在传统卫星无法覆盖的环境中形成成熟的原理验证原型,促进军用和民用韧性。

  • 开发量子计算测试平台——通过应用证明量子计算机相对于传统计算机的优势,支撑英国量子计算行业的增长,使该行业在2025年实现量子优势。


对于未来10年的25亿英镑投资,预计私营部门将投资10亿英镑。截至目前,我们的创新计划已经获得了同等规模的行业资助。这仅仅是对计划的直接贡献,该行业从计划中获得的总体效益和投资将会大得多。


4.2 技能

获得相关技能和人才对于卓越研究、技术开发和商业化必不可少。健康的多元化劳动力队伍能够推动量子产业的发展,对于发挥未来的经济和社会效益至关重要。这需要高技能人才,也就是说,英国要建立具备量子能力的劳动力队伍,必须拥有必要的研究人员、工程师、创新者和从业者。为此目的,需要开展研究生培训,培养专业技术人员和学徒,吸引和留住该领域的世界级专家。


量子领域规模不大,但发展迅速,技能需求预计将会不断变化。根据征集的证据,在量子人才方面,我们的全球人才库规模较小。最近的一项调查发现,企业在筹备量子计算方面面临的最大挑战是获得相关技能和人才。英国公司表示,国内行业也同样存在人才短缺的问题。


其他国家的情况类似,美国国家科技委员会发现,各个层面的技能都存在短缺现象,同时预计未来需求还会增长。除此之外,作为未来人才输送渠道的STEM(科学、技术、工程和数学)队伍一直存在技能短缺问题,且在多元化上不如整体劳动力的平均水平 。女性仅占STEM人才队伍的四分之一多一点,说明建设由各类社会人群组成的多元化劳动力队伍任重而道远。


人才和专业知识是推动新兴行业早期发展的驱动力。自2014年以来,英国为发展量子领域所需的高度专业化技能持续提供强有力的支持。迄今已培养了470多名博士生, 相关项目包括EPSRC的博士培养中心(CDT)、国防科学技术 实验室 (Dstl)和国家物理实验室。我们认为,唯学术自由方可成大事,为此资助了30多个研究员项目,吸引最聪明、最优秀的人到英国进行研究。


吸引世界各地的量子人才来到英国对英国大有裨益。英国的积分移民制度为高技能人才移居英国提供了多种途径,包括高潜力人才签证、企业扩增签证、创新人才签证和全球人才签证。然而,签证制度有时会成为引进高素质人才的障碍。我们将与政府各部门的合作伙伴合作,确保移民制度有助于公司和大学引进多国急需的顶尖人才。


研究员基金:

量子研究员基金有助于培养早期人才,提供专业支持和设备,助力个人建立其国际网络。现任和前任研究员取得的世界级研究成果和衍生成果证明了这些基金的成功之处。

此类基金包括:

  • 支持研究员在英国开创职业生涯、进行尖端研究的EPSRC和NQCC联合计划;

  • 支持EPSRC各计划研究人才的“EPSRC开放研究员基金”;

  • 在大学、企业和其他研发环境中培养下一代世界级研究人员的“UKRI未来领导者研究员基金”;

  • 支持早期职业研究人员建立研究计划的“STFC欧内斯特·卢瑟福研究员基金”。


签证途径:

政府正在更新签证途径,吸引量子领域的人才来到英国继续他们的职业生涯。量子行业务必充分利用这一机会。《英国创新战略》中公布了如下途径:

  • 高潜力人才签证:尽可能简化手续,方便从符合要求的全球顶尖大学毕业、具有巨大潜力的国际流动研究人员来到英国从事研究;

  •  企业扩增签证:被快速增长型企业录用的人才可通过此途径来到英国工作;

  • 重新打造的创新人才签证:允许有才华的创新人才和企业家在英国创办和经营由风投支持或创新的企业。当前正更新这一途径,以简化、理顺企业认证标准,灵活行事;

  • 全球人才签证:对科技领域的领导者或潜在领导者开放。申请人必须得到包括英国皇家学会和英国皇家研究院在内的六大机构之一的认可,或获得知名奖项。申请人若获得了英国皇家研究院认可的工作机会、个人研究基金或研究资助,就有资格走这条途径。


4.2.1 建设量子人才队伍

量子行业规模不断扩大,除了培养博士之外,还需要进一步明确进入该行业的途径,以及通过学校输送人才。量子工程技能专业化后,相邻行业的人才进入本行业化后能快速适应。为此,我们将与英国专业机构合作,包括工程技术学会(IET)和物理学会(IoP),培养持续性专业发展和职业意识,提升相关技能,加深认识,支持量子行业。提高量子素养以及与整个经济领域专业知识的交叉融合,特别是在关键的最终用户部门,对英国发展该行业至关重要。


英国的高水平技术人员不足,这一问题并非量子行业独有。技术人员指使用科学或其他设备从事技术性实践工作、将量子技术集成到各种系统中的人员,通常接受过职业或在职培训。IoP发现,超过50%的物理相关工作不要求学位,这为职业培训提供了相当规模的潜在机会。已经有一些成功的技术人员培养举措,例如NPL 学徒计划。自2013年以来,该计划已经吸纳了100多名学徒,还提供到量子技术部门的轮换机会。我们将扩大活动范围,满足全国范围内日益增长的需求,与政府加强英国技术培训的大目标保持一致。


英国科技框架将着力打造专业的人才和技能链,消弭STEM技能差距。为此,将重点建立敏捷的快速响应技能体系;招聘和留住STEM教师;扩大STEM参与机会,加强人才多元化;提供终生培训、再培训和提高技能机会;建立竞争优势,吸引国际人才来到英国。教育部将在2023年创建一个技能仪表盘,揭示包括量子技术在内的重点技术的科技技能的供需情况。


为了提高英国的量子技能,我们将:

  • 建立更多的量子技术博士培训中心,使数量翻倍,在未来十年内培训1000多名量子或直接支持领域的博士生。

  • 投资专门的定制计划,如为天才研究人员提供研究基金,保证英国能够继续吸引、培养和留住世界级专家。

  • 未来两年,我们将先投资2500万英镑,用于扩大量子研究基金和博士培养规模。在新十年计划中,我们将持续增加投资。

  • 成立量子技能工作组,通过行业、学术界和专业协会与相关政府机构的合作,以最具潜力的公司的需求为导向,建设量子技能体系。我们将与这些团体进一步合作,在未来一年内制定并发布技能行动计划。

  • 出台一系列措施,为下一代量子科学家、工程师和技术人员提供激励。我们将提供资金,用以扩大STEM学习机构(STEM Learning)的量子大使学校推广计划,开展更多的国内外暑期学校和研究交流项目,制定量子行业实习计划和量子学徒计划。

  • 支持全球量子人才通过专门的高技能人才签证移居英国。

  • 在英国全球人才网中重点突出量子人才的地位。该网络在美国和印度运营,将积极吸引和支持最优秀的国际科技人才来到英国。全球人才网将与国家量子技术计划合作,该计划将持续提供资金、设备、基础设施和网络,吸引世界领先的量子人才在英国开展研究和商业活动。


4.2.2 国际合作关系

量子科技的发展需要全球力量。我们希望与盟友和伙伴合作,实现互利共赢,同时确保英国发挥主导作用。我们已经对量子研究采取了开放性合作方法,最近仅EPSRC就通过国际网络电话促成了英国大学与28个国家的组织合作。2020年启动的量子基础物理技术(QTFP)计划已通过7大联盟组织在9个国家建立了26个国际联系。


我们进行全球活动的目标是:

  • 与国际合作伙伴就量子技术的机遇、挑战和关键应用进行合作并分享专业知识,重点关注可促进实现重大社会目标的技术(详见“量子技术促进社会福祉”部分)。

  • 深化与包括欧洲在内的国际合作伙伴的合作,继续参与全球领先的多边研究伙伴组织,推动量子研发进程。

  • 主导量子风险和机遇的全球定义,与国际伙伴合作,为负责任、安全地开发和部署量子制定共同原则。

我们在与一些国家建立了合作关系(例如与美国签订了 《联合意向声明》 ),促进行业的互利增长。这些合作关系将促进英国各行业之间的研究合作和联系,还将增进卓越中心之间的联系;举办交流、讲习班和暑期学校,促进知识交流;提升知识产权意识;围绕具体的科学突破或社会成果,探索与领先国家的使命或“重大挑战”;共享英国和国际关键设施的使用权。


我们将继续与其他领先国家就量子问题进行非正式接触,支持开放合作和创新型监管方法,促进量子行业和供应链的发展。通过这些活动,我们可以就国家量子计划、机遇和挑战进行沟通,确定未来的合作领域。我们还通过经合组织(OECD)和全球技术论坛、世界经济论坛、七国集团(G7)和北约等多边论坛与各国展开广泛合作。同时,利用防务协议(如AUKUS)带来的机会拓展研发合作。


在电气与电子工程师协会(IEEE) 、国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)等标准制定组织内,尚未深入探讨量子技术标准。我们将与产业界、学术界、民间团体和国际伙伴密切合作,确保英国的利益在关键标准等国际组织中得到体现。


为加强量子方面的国际合作,我们将:

  • 与量子强国达成全面的双边活动计划,扩大伙伴关系;与英国的全球科技创新处合作,并考虑即将出台的英国国际技术战略所确定的优先事项和成果;

  • 与其他量子强国合作,就量子计划、发展、监管和安全进行沟通;

  • 倡议合作研究,扩展我们的全球网络;

  •  建立国际科学伙伴关系基金,为国际合作提供额外资金;

  • 在多边论坛(例如经合组织和近期宣布的全球技术论坛、世界经济论坛、七国集团和北约)中发挥领导作用,支持英国的量子增长,利用防务协议(如AUKUS)带来的机会拓展研发合作;

  • 在国际标准论坛上展示英国的领导地位,制定有利于英国公司的条款,创造符合英国规范和价值观的标准。

2021年11月,我们与美国签署了一份联合意向声明,在基础研究、标准开发和行业合作方面进行深度合作。


NPL和NIST已达成协议,将在量子技术的研发和标准制定方面进行正式合作。以此为基础,未来将会有更多的美国实验室和国际伙伴加入合作。


NPL和EPSRC还会为英美合作伙伴之间的联合研究交流提供支持,自2023年起开办暑期学校,将加拿大也纳入其中。

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发布机构:英国科技、创新与技术部
发布日期:2023年3月原文链接:https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/1142942/national_quantum_strategy.pdf

 【公益译文】英国《国家量子战略》(上)

小蜜蜂翻译组公益译文项目,旨在分享国外先进网络安全理念、规划、框架、技术标准与实践,将网络安全战略性文档翻译为中文,为网络安全从业人员提供参考,促进国内安全组织在相关方面的思考和交流。


【公益译文】英国《国家量子战略》(上)
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原文始发于微信公众号(绿盟科技):【公益译文】英国《国家量子战略》(上)

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admin
  • 本文由 发表于 2023年12月4日22:20:00
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                   【公益译文】英国《国家量子战略》(上)https://cn-sec.com/archives/2268394.html

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