数字经济：内涵与路径

算力包含五个方面的能力：一是计算速度，芯片、服务器、超算系统都反映这方面能力；二是算法，由大量数学家、程序员进行开发和优化；三是大数据存储量，包含静态数据、动态数据和经过人类大脑和计算机处理、计算后产生的数据；四是通信能力，体现在5G基站的数量、通信的速度、迟延、带宽、可靠性和能耗；五是云计算服务能力，包括数据处理中心的规模、服务器的数量等。数字时代，算力将是国家与国家、地区与地区之间竞争的核心。

我国目前有13个超算中心，领先的超算中心比如“神威太湖之光”“天河二号”，它们的算力位居世界前十。使用我国自主研发的“申威”系列处理器的“神威太湖之光”曾经连续四年在全球500强最快超算排行榜中排名第一，直到最近几年才连续被日本的“富岳”，美国的“Summit”“Sierra”等超算超越。我国在算力方面取得了令人瞩目的成绩，但仍然存在一定的短板：一是从整体来看，我国自研的计算机芯片与美国英特尔、英伟达等生产的芯片仍有较大差距；二是部分超算中心的算力资源仍然没有得到充分利用，可以将一部分闲置的超算资源挂牌交易。

这六个领域又是环环相扣、彼此交织的。比如，如果没有智能仪器仪表，就无法形成“万物发声”，那么5G也将缺乏应用场景；如果芯片制造跟不上，算力、传感器难以为继；传统产业进行数字化转型升级要经历五个步骤，每一步都涉及上述六个领域中的关键硬件和软件。如果在这六个领域中存在明显的薄弱环节，数字化转型就会面临障碍。

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五、数字生产力的未来

（一）量子计算

1.概念与发展历程

（1）量子计算源起

随着数据时代的不断发展，数据库体量越来越庞大，数据分析算法的复杂度越来越高，计算效率作为大数据技术发展的关键，传统计算机技术的数据处理能力已经不能满足数据规模持续扩大的需要。根据摩尔定律，集成晶体管的数目随时间指数级增加。传统电脑芯片的集成度每18个月翻一倍，当集成电路线宽小于0.1微米时，量子效应就会影响电子的运动，并严重影响其性能。¹ 量子计算的出现为突破传统计算机芯片技术的极限提供了新的理论方向和实现方法。

（2）量子计算相关概念

量子计算（Quantum computing）属于量子信息技术领域，是一种突破性计算技术。它以当代量子力学和量子信息理论为基础，利用叠加和纠缠等量子现象来进行分析计算，具备巨大信息携带量以及超强并行计算能力。² 叠加效应和纠缠态等量子现象遵循量子力学规律，并通过调控量子信息单元实现量子计算的效应。²

量子计算的基本信息单位为量子比特（qubit）。量子比特是运用量子态| 0>和| 1>来代替经典比特状态0和1，每个量子比特的状态都是0或1的线性组合（通常称为叠加态）。² 量子态是量子系统的状态，量子态可以表述为一个波函数（或概率幅），用量子态来表示的信息，就是量子信息。1

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量子计算机是一种存储和处理量子信息并运行量子算法的物理设备，通过控制微观粒子产生的叠加态和纠缠态来记录和操作信息。³ 量子计算机与电子计算机的工作原理完全不同，其具备的量子特性使其计算性能可以远远突破电子计算机的限制。

（3）量子计算的特点

量子计算是利用量子态的性质来执行并行计算，因此，量子计算机在基础单位、算力以及计算模式方面都与经典计算机存在很大差异。

首先，与经典计算不同的是，基于量子信息的量子计算的基本计算单位为量子比特。其次，在计算能力方面，由于量子计算的基本单位是量子比特，而量子比特具有独特的能够同时包含0和1的叠加态，量子计算的计算能力相较于电子计算有了显著提高。经典计算中n个比特可实现的n级算力，与晶体管数量成线性正相关，而n个量子比特有2ⁿ级算力，相比电子计算是指数级的变化，见图3-1。最后，量子计算的运算模式具备并行性，也就是可同时对2ⁿ个数进行计算，而经典计算机的运算模式是一次运算只能处理一次计算任务。

量子计算除了在上述三个方面中有较大不同外，量子现象中的量子纠缠（quantum entanglement）也决定了量子计算的整体性。量子纠缠是发生在量子系统的量子现象。在量子力学中，几个粒子在相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，因此只能对整体系统的性质进行描述，而无法对各个粒子的性质描述的现象就是量子缠结或量子纠缠，当一个量子发生改变时，另一个量子也会随之改变。⁴ 量子纠缠决定了量子计算的整体性。

因此，量子计算具备的叠加性、并行性和整体性解决了电子计算目前面临的技术瓶颈。量子计算机具备的“量子优越性”是指它具备真正的并行性和整体性，拥有巨大的存储数据能力，并且能够使某些量子算法拥有超强加速能力。¹ 一旦量子计算机强大到可以完成经典计算机无法执行的计算时，量子计算机的核心优势就完全展现成为“量子霸权”。

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（4）两次量子革命

第一次量子革命始于20世纪初，结束于20世纪20年代薛定谔波动方程等量子力学基本理论的提出。¹ 在第一次量子革命中，量子力学取得了极大的突破。通过对宏观量子行为的利用和控制，研发出以半导体、激光、超导为代表的重要信息技术，但此次革命基于量子效应的量子技术应用产品还较少，¹ 处理的信息依旧是处在0或1的确定状态，以二进制方式进行运算的经典模式。

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第二次量子革命自20世纪末开始，操控量子行为开始进入以电子、光子为代表的微观物理体系，量子信息理论逐渐形成，基于量子力学和量子信息理论，以量子信息技术为代表的新型量子技术产品逐步涌现，实现了对量子信息的获取、处理和传输能力。⁸ 另外，超弦理论研究、以拓扑物态为代表的多体系统的量子纠缠的研究等，促使量子计算有了突破性发展。¹ 区别于第一次量子革命，第二次量子革命中处理的信息并非经典信息，而是量子信息。

2.全球量子计算领域的相关政策

量子计算已经成为全球产业变革以及科技革命的核心竞争领域，各国都在纷纷推进量子计算领域的规划，以确保在量子技术方面具有全球竞争力。

（1）国外政策

美国在量子信息科学领域的政策管理方面较为完善，技术也具备一定的领先优势。2002年，美国开始探索量子技术并发布《量子信息科学与技术规划》。2009年，美国国家科学技术委员会发布《量子信息科学的联邦愿景》，指出为保证全球竞争力，政府需对量子信息科学进行持续关注。2016年，《发展量子信息科学：国家的挑战与机遇》报告中指出了美国量子计算研发过程中的障碍。2018年美国国家层面的战略《量子信息科学国家战略概述》发布。同年12月，美国颁布的《国家量子计划法案》提出开发新一代传感器、打造量子计算机、建立全球量子通信系统三大目标，并把重点聚焦在量子传感、量子计算、量子网络、量子器件四类基础科学研究上。2020年，《美国量子网络战略构想》报告和《量子前沿》报告相继提出了量子信息科学的前沿领域及问题。2021年《量子网络研究的协调方法》发布，建议联邦机构可以共同采取行动来推进建立国家的相关知识基础体系，以及做好利用量子网络的准备。

欧盟在量子科技方面的政策规划起始于20世纪90年代。1993年欧盟加大了量子通信领域的研发力度，聚焦于量子远程传态。2007—2014年，量子密码通信和量子密集编码成为欧盟重点研究领域。⁵ 2016年3月，《量子宣言（草案）》由欧盟委员会发布，草案的发布旨在全球范围内，树立欧洲量子技术的领导者地位，增强量子研究与跨领域应用能力。2018年，宣言中的“量子技术旗舰计划”正式启动，总投资额为10亿欧元，主要关注量子通信、量子模拟器、量子传感器和量子计算机4个领域。⁵ 2020年5月，欧盟“量子技术旗舰计划”发布的战略研究议程（SRA）报告中表示，欧盟在三年中将继续推动建设覆盖欧洲范围的量子通信网络，为“量子互联网”奠定基础。

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英国于2015年先后发布《量子技术国家战略》与《英国量子技术路线图》，以此确定了量子技术的重要战略地位。⁶ 2016年，英国启动“国家量子技术专项”，以2020年为节点分为两个阶段，第一阶段投资2.7亿英镑。⁸

澳大利亚联邦政府在2017年发布了《2030战略规划》，指出持续发展量子计算技术是澳大利亚2030年中长期创新战略规划的重要方向之8

俄罗斯在2019年宣布了《国家量子行动计划》，目前计划有效期为2020—2025年，国家投资总额约7.9亿美元。⁵

日本政府于2016年1月发布了《第五期科学技术基本计划》，指出量子技术为创造新价值的核心基础技术。2017年2月，日本文部科学省基础前沿研究会发表了《关于量子科学技术的最新推动方向》，表明量子信息处理和通信、量子测量等领域成为重点发展领域。2018年3月，日本文部省发布的“量子飞跃旗舰计划”，旨在通过光量子科学技术等研究解决国家重要经济和社会问题。⁶ 2022年4月6日，日本岸田内阁有关量子技术的新国家战略草案《量子未来社会展望》（暂定名）公布。该战略设定一定的目标，包括2022年内建成第一台“日本国产量子计算机”以及基于量子技术的生产额达到约4000亿美元规模等。⁷

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国外重点国家量子计算相关政策汇总如表3-1所示。

表3-1 国外量子计算相关政策汇总

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（2）国内政策

我国高度重视量子计算的发展与应用，支持政策陆续出台，已经形成了从国家到地方的完整的研究体系。中国量子计算的各类政策，旨在

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明确量子科技的重要战略意义和科学价值，加快布局一批量子信息重点领域的重要应用、培养量子计算相关的未来产业。政策汇总详见表3-2。

表3-2 国内量子计算相关政策

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