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欧洲核子研究中心发布量子技术路线图的经验与启示

2022-01-26 15:22     来源:爱科创     欧洲核子研究中心高能物理


量子技术因其在信息处理和通讯领域的巨大潜力,已经成为世界各国获取全方位优势的战略制高点。为抢先获得“量子霸权(quantum supremacy)”、标准制定权和舆论主导权,主要发达国家争相围绕量子技术开展前瞻部署,例如:美国国家量子计划(NQI)、英国国家量子技术计划(NQTP)等。2021年10月欧洲核子研究中心(CERN)发布了《量子技术计划》(QTI),详细描绘了中长期量子研究的技术路线图,并制定了综合性的研发、学术和知识共享举措,旨在指导政府、学术界、产业界等诸多利益相关者协同突破量子技术的发展瓶颈,对我国量子技术规划具有借鉴意义。

一、 量子技术主要领域路线图

量子技术路线图主要由23位欧洲核子中心成员国的国际专家共同打造,围绕量子技术的四个主要领域:量子计算和算法,量子理论与模拟,量子传感、计量和材料,量子通信与网络,旨在实现四个顶层战略目标:实现科学技术发展和能力建设(T1),实现学界和工业界共同发展(T2),实现量子研究社区建设(T3),实现与各国计划和项目的衔接(T4)。为了实现上述四个顶层战略目标,CERN发布了详细的中长期实施路线图,详细内容见下表1。


二、 具体行动举措

(1)构建多层级治理架构

CERN针对量子技术计划构建了“战略-协同-研发-能力建设”多层级治理架构,旨在最大限度地将自下而上的参与式创新与自上而下的战略性指导结合起来。处于协调层的CERN QTI专家协调小组根据量子技术倡议管理确定优先发展领域和合作项目,并向CERN管理层汇报。其中,CERN专家协调小组由技术、法律、知识产权等跨学科团队成员组成。CERN根据共同确定的优先发展领域通过学术研究、产业合作等开展联合项目提升知识和能力层建设。这些联合项目主要分布在CERN的不同部门和实验中心,由相关领域的博士和博士后参与。处于战略层的高能物理领域咨询委员会和CERN成员国专家则对整个量子计划负有监督职责。


(2)搭建分布式异构平台

获取量子计算和量子计算模拟资源对支持CERN QTI与高能物理社区开展联合项目尤其重要。作为量子能力建设目标(T1)的一部分,CERN初步构建了由经典加速硬件、专用量子计算模拟器和量子计算云服务组成的分布式异构平台,为研究人员提供了一个易于访问的分布式基础设施。其中,经典加速硬件、专用量子计算模拟器托管在CERN,可以通过笔记本电脑的标准接口进行访问。CERN作为协作中心的角色,可以允许其他机构进入到合作平台参与联合攻关项目。

(3)加强教育、培训和知识共享

量子技术人才的培养需要扎实的基础教育和培训计划作为支撑,因此CERN QTI一是与专业学术机构合作,将研发项目作为博士级项目实施,为CERN和活跃于量子技术领域的学术机构创造协同发展机会,共同创造未来的知识和技能;二是设置交流计划,允许研究人员以科学助理或者访问教授的身份加入到CERN研究团队进行交流互动,构建跨机构知识共享管理机制;三是加强行业培训计划,CERN通过开放实验室计划(Openlab)与学术或行业合作伙伴共同举办培训活动,夯实量子技术的基础能力层。例如,CERN与奥维耶多大学于2020年11月和12月共同举办了量子计算的培训课程,展示了世界各地对量子计算研究的项目,据统计有1500多名线下观众和14000多名的线上观众参加。四是探索现代化、互动化的教学形式作为补充方式。例如,芬兰的QPlayLear计划,基于多媒体、游戏化的学习方式为高中生等特定群体设计个性化的量子课程,让学生较早接触前沿领域并激发学生兴趣。

(4)深化多维合作

CERN在量子领域的核心地位以及作为国际多学科科学研究中心的特殊地位,将通过不断加强合作促进跨社区的知识进步和共享,促进量子技术在科学社会的应用。主要体现在:一是加强CERN范围内的合作,不同部门结合自身条件采取不同的方式,例如信息技术部通过开放实验室计划,理论部通过举办专题研讨会等形式扩大内部社区共享;二是加强与CERN成员国的合作,将逐步扩大量子计划讨论和合作的范围,确保成员国都能公平参与所有倡议和计划;三是加强与欧洲层面相关计划的合作,例如欧洲研究区量子项目(QuantERA)等;四是加强国际合作,针对美国、韩国等发达国家在量子领域的不同优势,不断扩大国际社区;五是加强产业合作,将与已经制定了量子计算机未来研发计划的IBM、谷歌等公司加强合作,共同致力于量子技术的知识转移。

三、对我国的启示

量子技术已经成为世界主要国家战略布局的重点领域。欧盟核子研究中心在量子技术布局中长期路线图的做法为我国提供了很好的借鉴与参考。

(1)加强顶层设计,制定量子技术路线图和产业发展战略规划。一方面,要构建国家层面的中长期战略计划,详细部署未来5-10年的技术发展路线图,并逐期进行动态调整,以适应长期发展需求;另一方面,要组建量子技术专家咨询委员会,形成有利于前沿技术联合攻关的治理架构,加速形成跨组织跨区域跨学科的前沿技术共同体。

(2)夯实技术基础,加快关键核心技术和基础设施平台建设。一方面,要推进量子信息领域共建共享共用基础设施平台建设;另一方面,要依托优势创新力量聚焦量子计算与算法、量子理论与模拟、量子通信与网络等核心领域开展基础科学与应用科学研究。

(3)注重人才培育,激发未来发展潜力。除了培养造就一批具有全球视野和国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才之外,同时也要注重行业培训和面向青少年的科学启迪教育,扎实做好新兴产业人才的全生命周期培育。

(4)拓展多维合作,共建量子技术创新生态。不仅要加强组织内部的知识交流与创造,而且要加强组织外部尤其是在该领域具有独特优势的国际交流合作,集聚高质量研究力量,共建新兴技术发展生态。

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