雙週報第51期
壹、新聞重點
據聯合報系《北美智權報》於2022年3月24日發布之調查報導，至2020年為止，中國在「量子技術」專利數量上位居世界第一。無論是「奈米科技」、「量子通訊」或「量子密碼」，中國的專利數量都遠遠領先其他國家。但是，在「量子計算」（Quantum Computing）、太空「量子技術」等領域，中國則略遜於美國，且美國「量子專利」整體而言較具價值。
此外，3月中旬，安徽省「量子計算合肥市技術創新中心」計畫獲得批准，成為中國第一個以「量子技術」為核心的技術創新中心。該中心由中國科學院量子信息重點實驗室、中國第一家「量子計算」公司「本源量子」共同建立。目標設定在「量子測控技術」、「超導量子晶片升級及工程化」、「量子計算應用開發」、「量子雲服務」等技術上獲得突破，研發出「量子計算」軟硬體及應用產品，產生相關專利等智慧財產權，並掌握國際產業標準制定之話語權。
此中心顯然是為了補足前述中共在「量子計算」方面之短板，最終希望成為「量子計算」領域世界第一流創新基地，形成「量子計算」產業聚落和生態圈，提高中共在量子訊息產業的國際地位。[1]
貳、安全意涵
一、 中國「量子技術」發展後來居上
中國「量子技術」起步雖晚卻進展快速，目前已和美國並列為世界翹楚。[2]2016年「十三五規劃」將「量子技術」列入中共國家戰略重點，至2021年「十四五規劃」更將量子排在第二優先順位，僅次於人工智慧，目標是在2035年前成為全球量子領先者。特別是2013年史諾登（Edward Snowden）揭發英美當局祕密監控全球網路和各國政要之後，中國更是傾全力發展「量子技術」（附表1）。
「量子技術」之最大特點在於：（1）「量子計算」速度遠遠超越傳統電腦，可能破解既有公鑰加密技術[3]，目前發展重點為：「量子電腦」、「量子模擬器」、「量子演算法」等；（2）「量子通訊」零延遲且不易被中途截取，發展重點為：「量子密鑰分發」（Quantum cryptography）、「量子隱形傳態」（Quantum teleportation）、「量子儲存」；（3）「量子感測」除了「量子精密測量」、可偵測出隱形飛機的「量子雷達」之外，還有不需衛星訊號即可精確定位的「量子導航」。[4]中國在後兩項領域之能力都為世界第一，現正全力研發「量子雷達」、「高度成像及量子導航技術」。若其「量子計算」能力能快速追上，目前美國眾多機敏資料，如：「生物識別標記」、情報人員身份、武器設計等，都可能會被中共在短期內破解，將構成國家安全之重大威脅。[5]
二、 中共大力支持「量子技術」之研發
中共「量子技術」能在短期內快速進展，主要是因為中央政府對「量子技術」較早進行布局，且將資金和資源集中投入研發。據「蘭德公司」（Rand Corporation）研究，中國政府對「量子技術」之研發投入，每年約在8,400萬至30億美元，且集中在少數研究機構，主要以「合肥微尺度物質科學國家研究中心」為樞紐，其研發成果可和美國並駕齊驅，甚或超越美國。[6]同時，中國官方媒體披露，至2022年為止，中國投入「量子技術」研發支出已達到150億美元。[7]
「量子技術」目前仍處於多種不同技術途徑之摸索階段，如：「超導」、「光量子」、「離子阱」、「拓樸」、半導體等（附表2），中共中央也積極建構不同技術方法的「量子科學」國家實驗室網路。該網路以中國「量子技術」發展重鎮安徽省合肥市為總部，主要聚焦在「光子」、「矽自旋量子比特」、「量子通訊」、「量子感測技術」之研發。此外，分別在北京和上海建立「量子科學國家實驗室」之分支，北京聚焦在理論、「離子阱」和「拓樸量子比特」之研發；上海則聚焦在「超導量子比特」、「超冷原子」、自由空間「量子通訊」。[8]由此可看出，中國的「量子研究」涵蓋各種技術途徑，以求確保其未來全球領先地位。
參、趨勢研判
一、 中共可能優先發展「量子通訊」應用
中共在「量子通訊」方面之技術和專利領先全球，且有加強資訊保密等國家安全之需求，其最先發展的「量子技術」應用可能是「量子通訊」。「十四五規劃」中提到將建構完整的天地一體廣域「量子通訊」網路技術體系，並率先將「量子通訊」技術廣泛應用於政務、國防、金融、能源等領域。至於中共對「量子通訊」應用場景之規劃，短期將先建立「量子保密」通訊網，確保政府、國防及數據中心之資安；中期將建立「量子安全」互聯網，確保金融網路、醫療衛生網路、企業網路之安全，並發展消費者和移動終端設備之「量子密鑰分發」；長期則是建立「量子互聯網」，包括：「量子中維網絡」、「量子衛星通訊」、「量子雲計算」、「量子傳感網」等。[9]若中國成功建構遍及其國內之「量子通訊」網，英美情治當局將更難獲得中國的機敏資訊和軍事情報。
二、 「量子技術」之應用發展仍有眾多難題
儘管「量子技術」已成為各先進國家競相研發之次世代關鍵技術，但是其應用及發展仍然面臨許多難關。例如：「量子計算」必須在超低溫環境進行，其訊號容易受噪音、光線或磁場等環境因素干擾，且無法重複使用。此外，「量子通訊」技術之研發目前仍處於實驗室階段，未出現任何商業產品，[10]距離社會應用和產業化仍有相當距離，且成本可能非常高昂。「量子感測」雖可應用在石油探勘、生物科學、先進材料等方面，甚至新一代定位、導航和授時系統、磁場測量、高靈敏度成像等領域，但是所需人才除了「量子科學」之外，還需要具有物理、數學、資訊、材料等其他學門知識，跨領域研發人才之品質和數量將會是中國「量子發展」的一大難關。此外，正如半導體晶片般，中國現正興起「量子研發」風潮，各地紛紛提出相關計劃，其中不乏誇大其詞有意騙取資金者，最後可能也將重蹈中國最大晶片企業紫光集團宣告破產之覆轍。
肆、 政策建議
建議政府除了支持我國「量子國家隊」之發展外，應密切注意中共「量子技術」之進展。特別是其以不同技術途徑生產之「量子晶片」，如：「超導量子晶片」、「光量子晶片」等，極可能成為中共擺脫美國制裁、彎道超車之關鍵。其次，鑒於我國在半導體製造之地位和能力，建議政府密切注意我國民間企業是否參與中共正在形成的「量子技術」應用之生態圈，並仔細管控我國重要製品或技術之流出。
附表1、中國「量子技術」發展之成果及現況 （至2022年4月為止）
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領域
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時間
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成果
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相關機構或企業
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「量子計算」
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「超導量子」
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2020/05/08
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研製出具62個「超導量子比特」的「量子電腦」「祖沖之號」。是中國第一台「量子電腦」原型機。
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中科大（中國科學技術大學）潘建偉團隊。
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2021/10/26
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研製出「祖沖之二號」。
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中科大潘建偉團隊、中科院上海技術物理研究所。
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「光量子」
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2020/12/04
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建立具有67個光子之「量子電腦」原型機「九章」。
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中科大潘建偉團隊、中科院上海微系統所、中國國家平行電腦工程技術研究中心。
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2021/10/26
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建立具113個光子的「量子電腦」原型機「九章二號」。
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「量子通訊」
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「量子衛星」
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2016/08/06
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成功發射世界首顆「量子科學」實驗衛星「墨子號」。
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「量子密鑰分發」
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2017/08
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完成千公里級的「量子糾纏分發」、星地間高速「量子密鑰分發」（QKD）、地球之「量子隱形傳態」。
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量子保密通訊網
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2017/09/27
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世界第一條「量子保密」通訊幹線「京滬幹線」正式開通，全長2,000多公里，連結北京、上海、濟南、合肥。
同日，也實現世上首次跨洲及星地連結的「量子保密通訊」。
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國盾量子、神州信息、迪普科技。
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2018
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開始「國家廣域量子保密通訊骨幹網絡建設」，以京滬幹線為基礎，增加武漢和廣州兩個主要節點，使中國光纖「量子保密通訊」網路全長達7,000公里。
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2019
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長三角地區提出建設涵蓋16個城市、全長約1.013公里之「量子保密通訊」環網之規劃。
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亨通光電、浙江東方、神州量子。
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2020
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海南島將建設全球第一條「星地一體」環島「量子保密通訊」網路
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國科量子。
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量子中繼器
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2019/06
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完成世界首次「全光量子」中繼器之可行性驗證。
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中國科大潘建偉團隊。
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量子感測
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2016/08
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研製出「單光子檢測量子雷達系統」，完成「量子探測」等相關實驗之驗證
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中國電科1所「智慧感知技術重點實驗室」、中科大、中國電科27所、南京大學等。
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資料來源：王綉雯整理自公開資訊。
附表2、中國「量子電腦」之主要技術途徑（至2020年4月為止）
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分類
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「超導」
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「離子阱」
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半導體
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「光量子」
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「拓樸」
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原理
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電流來回震盪，微波信號使電流進入「量子疊加態」。
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以雷射捉住離子，並使之進入「量子疊加態」。
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將電子加入純矽，製造出人造原子，並以微波控制電子之「量子態」。
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利用雷射激發「量子點」產生單光子，之後由光纖導入「光量子」網路，用於探測。
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以電子通過半導體時出現准粒子，利用其交叉路徑編寫量子訊息。
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比特操作方式
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全電。
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全光。
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全電。
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全光。
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N/A。
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「量子比特數」
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50+
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70+
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4
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48
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從0至1之間。
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支持該途徑之機構或企業
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本源量子、浙江大學、南京大學、北京量子院。
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清華大學、中科大。
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本源量子、中科大。
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中科大。
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清華大學、北大物理所。
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優勢
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電路設計可控性強、擴展性優、可依賴現有之積體電路工藝。
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「量子比特」品質較優。
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擴展性優，與現有半導體晶片工藝完全兼容。
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操控手段間簡單，可與現有光纖等技術相容、擴展性優。
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較能抵抗環境干擾、噪音等。
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技術關卡
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必須在超低溫環境操作。
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可擴展性差，難以小型化。
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「糾纏數量」少、必須保持低溫。
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兩「量子比特」之間的邏輯門操作難。
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目前只在理論探討。
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資料來源：中金研究，〈中金：政治局集體學習量子科技，關注相關產業戰略性發展機遇〉，《智通財經》，2020年10月19日，https://reurl.cc/QjyroZ。
[1] 李淑蓮，〈量子科技專利布局：又是中國 No. 1？〉，《聯合新聞網》，2022年3月24日， https://udn.com/news/story/6871/6187547；〈國內首個量子計算技術創新中心獲批〉，《央廣網》，2022年3月14日，https://news.cnr.cn/kuaixun/20220314/t20220314_525764754.shtml。
[2] 王綉雯，〈中美科技戰──量子計算〉，《國防安全雙週報》第29期，2021年5月28日，頁20。
[3] 目前預估量子計算破解公鑰加密技術之時間點，大約在10年之後。對此，美國正加速發展「後量子密碼學」（Post-Quantum Cyptography, PQC）。
[4] Patrick Tucker, “ Quantum Sensor Breakthrough Paves Way For GPS-Free Navigation,” Defense One, November 2, 2021, https://reurl.cc/44ANMV。
[5] “ Chinese Threats in The Quantum Era,” Booz/Allen/Hamilton, 2021, https://reurl.cc/VjrWZ6。
[6] “An Assessment of the U.S. and Chinese Industrial Bases in Quantum Technology,” RAND, February 2, 2022, https://www.rand.org/pubs/research_reports/RRA869-1.html.
[7] 〈2021量子技術全景報告：中國投資超千億，百萬量子比特提上日程〉，《智東西》，2021年7月31日，https://zhidx.com/p/286941.html。
[8] 同前註。
[9] 〈2021年中國量子通信行業市場現狀及發展趨勢分析 行業將朝著量子互聯網發展〉，前瞻產業研究院，2021年7月23日，https://bg.qianzhan.com/report/detail/300/210723-1dd15831.html。
[10] 〈《開講啦》 我的時代答卷 · 世界首例三量子比特邏輯門操控實現者、量子信息學家郭光燦：奧妙的量子世界有何神奇之處？〉，CCTV，2019年2月2日，https://www.youtube.com/watch?v=6t-IbKsYLkM。
