从社会需求看基础科学研究关键领域

数字革命引领未来技术发展

人类的发展离不开技术驱动，历史上的若干次科技革命极大地促进了人类进步。20 世纪初，量子力学发展为人类理解世界带来了变革性的突破，并催生了一批足以改变世界的新技术发展，如半导体技术等。21 世纪以来，随着新一轮量子科学技术的迅猛发展，人类目前正处于新一代量子革命的转折期，对量子叠加、量子纠缠、量子压缩等量子现象开展基础研究，将为量子计算机、量子传感器、量子通讯、量子模拟和其他相关的量子技术发展打下基础。量子计算是正在改变世界的计算能力的下一个前沿，作为一种有潜力的早期技术，其科学计算能力甚至可能远远超过百亿亿次计算机。实现量子计算机是一个复杂的机遇，面临着巨大的挑战。耶鲁大学超导量子计算实验室的 Devoret 和 Schoelkopf 认为量子计算发展需要跨越 7 个台阶，当前人类正处于第 3 到第 4 台阶的跨越之中，即量子纠错和逻辑量子比特。而未来量子计算的跨越将愈发困难，在可预见的未来，量子计算的发展将长期是一种基础研究。量子计算将进一步催生新的颠覆性技术，其强大的计算能力将带动人工智能、大数据等数字领域或技术的发展，也必将深刻地改变科学与社会的发展。基础科学研究催生的数字革命，将改变人类的未来。

世界各国均部署了相关计划推动量子技术的发展。英国已部署相关计划来推动量子技术的应用研究。日本文部科学省基础前沿研究会下属的量子科技委员会提出日本未来在量子科学技术领域应该重点发展的方向，将量子科学技术视为日本“社会 5．0”计划的关键技术和未来新的产业发展的源头。欧盟在“地平线 2020”计划中部署了三大旗舰计划，其中之一为量子技术旗舰计划。该计划中期报告认为计划应围绕量子通信、量子计算、量子模拟和量子传感／计量 4 个任务驱动型的研究和创新领域开展，并应将基础科学作为共同的基础。因担忧美国在未来全球量子研发竞争中落后于中国、欧洲和加拿大等国家和地区，2018 年 12 月美国政府颁布《国家量子计划法案》，提供协调一致的联邦计划，旨在加速美国量子科学研究与发展，促进美国经济与国家安全。该法案中明确了美国国家标准与技术研究院、美国国家科学基金会和美国能源部在量子科学研发领域的主要任务。美国陆军研究办公室资助了量子计算技术相关研究，包括新兴量子科学技术和交叉量子技术系统两大方向。美国能源部已开始研讨建立量子测试平台推动量子计算发展。