德国量子计划对我国超前布局未来产业的启示

刘 笑，揭永琴，刘 琰

（1.上海工程技术大学管理学院，上海 201620；2.上海市科学学研究所，上海 200031）

新一轮科技革命和产业变革正在兴起，以量子科技、区块链、新材料等为代表的前沿科技持续涌现。我国“十四五”规划指出，要在类脑智能、量子信息、基因技术、未来网络、深海空天开发等前沿科技和产业变革领域组织实施未来产业孵化与加速计划，前瞻谋划布局一批未来产业。近年来，主要发达国家纷纷在人工智能（AI）、量子信息科学等前沿领域抢占发展制高点。例如，美国于2019 年发布了《美国将主导未来产业》前沿报告，描绘了美国未来产业的发展战略，重点关注人工智能、先进制造、量子信息科学和5G 技术，并于2020 年颁布《2020 年未来产业法案》，从立法层面保障未来产业发展，2021 年从组织层面提出要构建未来产业研究所为，未来产业发展提供新型组织模式；欧盟成员国于2019 年联合设立了欧洲未来基金，致力于对具有战略性意义的未来产业领域相关企业进行长期资助。世界主要国家之间的科技竞争，最终要归结于颠覆式技术创新支撑下的未来产业之争，这对我国培育未来产业竞争新优势提出了更高要求。当前，我国科技创新已经进入自立自强发展阶段，科技创新迈入更多“无人区”，可供借鉴的经验骤然减少，在突出科技创新原创性的基础上进一步超前布局未来产业对经济高质量发展具有日益凸显的重要意义。“十四五”规划期间，北京、湖南等多个省份超前布局了区块链、量子通信等未来产业。2020 年以来，党中央多次强调要布局未来产业、培育未来产业，将未来产业视为决胜未来的关键战略。本研究将围绕“何为未来产业”“未来产业与战略性新兴产业之间有什么联系区别”“我国应如何培育未来产业”3个基本问题进行探讨。

1 未来产业的内涵与特征

1.1 未来产业的内涵

针对未来产业，诸多学者从不同视角进行了初步探索。余东华［1］认为，未来产业是基于重大科技创新和高新技术产业化而形成的，面向未来、决定未来产业竞争力和经济实力的前瞻性、战略性新兴产业，是影响未来的先导性产业，也是支撑未来经济发展的主导产业。李晓华等［2］认为，未来产业是指由处于探索期的前沿技术所推动，以满足经济社会不断升级的需求为目标，代表科技和产业长期发展方向，会在未来发展成熟和实现产业转化并形成对国民经济具有重要支撑和巨大带动，但当前尚处于孕育孵化阶段的新兴产业。沈华等［3］认为，未来产业是以满足未来人类和社会发展中涌现的新需求为目标，以新兴技术创新为驱动力，旨在扩展人类认识空间、提升人类自身能力以及推动社会可持续发展的产业。陈劲等［4］认为，未来产业是重大科技创新产业化后形成的前沿产业，与战略性新兴产业相比更能代表未来科技和产业发展的新方向，对经济社会变迁起到关键性、支撑性和引领性作用。李研［5］认为未来产业是基于颠覆性技术，依托于技术之间、技术与产业之间融合，一旦爆发即能以新供给创造新需求、引领生产生活方式发生重大变化、对经济发展产生强大推动力的产业。除此之外，“未来产业”的概念界定也来源于产业发展实践，例如，韩国在2013 年就开始布局《未来增长动力落实计划》，并在其十三大未来增长新动力产业中明确指出智能机器人、可穿戴智能设备以及实感内容三大产业是未来产业；又如，深圳在2009 年确定生命健康、航空航天、海洋、机器人、可穿戴设备和智能装备为六大未来产业，并在深圳市“十四五”规划中进一步提出未来产业引领计划，前瞻布局量子科技、深海深空、氢燃料电池、增材制造、微纳米材料等前沿技术创新领域。由此可见，目前各界对“未来产业”的概念尚未达成共识，但普遍认为未来产业是以满足人类和社会未来发展需求为目标，通过颠覆式创新科技或前瞻性创新科技等手段，能够影响全球未来经济社会变迁的关键新兴产业。

1.2 未来产业与战略性新兴产业的区别

未来产业常常被拿来与战略性新兴产业作比较。2010 年，我国国务院［6］将战略性新兴产业界定为：“以重大技术突破和重大发展需求为基础，对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用，知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的产业”，并提出节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车七大重点领域目录。与战略性新兴产业相比，未来产业具有以下4 个方面的不同点：

（1）发展目标。未来产业侧重未来经济社会发展中的新需求，这种需求尚处于萌芽阶段，具有很大的想象空间；而战略性新兴产业则较为侧重国家战略需求，注重产业发展对经济社会全局和国家长远发展所产生的引导带动作用。

（2）所处阶段。一是所处技术发展生命周期存在差异，由于未来产业具有前瞻性、新颖性等特点，其相关技术基础相对薄弱，而战略性新兴产业是在一定产业基础上发展起来的，技术基础相对较好；二是所处产业发展生命周期存在差异，未来产业处于产业发展生命周期的萌芽阶段，规模相对比较小，而战略性新兴产业则处于产业发展的相对成熟阶段，规模相对比较大。

（3）投入风险。一是从新兴技术风险程度来看，与战略性新兴产业相比，未来产业涉及的新兴技术存在较大难度和较高复杂性，受限于研究者和投资者自身知识和能力的有限性，存在较高的内部风险和外部风险，其潜在的负向影响可能导致安全隐患，也可能进一步破坏生态环境和社会秩序；二是从新兴技术风险的特征来看，未来产业涉及的新兴技术风险具有更高的耦合性，尤其是在第四次工业革命背景下，新兴技术集群不断涌现，科学领域间的交叉融合更加频繁，同时技术体系向社会系统全面渗透，大大增强了未来产业发展的连锁反应风险［7］。

（4）驱动要素。战略性新兴产业以重大技术突破和重大发展需求为基础，会受到政策、资源、技术水平和产业基础的影响［8］；而未来产业是面向未来的，由技术、知识和创新驱动的战略新兴产业［1］，其驱动要素不再是土地和资源等，以大数据、云计算、互联网、物联网等为代表的新一代信息技术支撑了未来产业的数字化、网络化、智能化等产业形态特征，使得未来产业是具有高附加值和高技术性的高端产业，其所具有的高附加值和高技术性则主要源于驱动未来产业发展的高创新性。

2 德国量子计划的经验及启示

进入21 世纪以来，德国在量子计算、量子通信和量子测量等领域的研发实力均位于世界前列，相关科技论文发表总量在每一领域都居全球第3 位，在3 个领域的发文量占全球发文总量的比例分别为10.7%、7.4%和13.8%；相关专利申请量也居全球前10 位，三大技术领域的排名分别为第6 位、第7 位和第7 位［9］。德国联邦政府多年来通过持续对量子技术发展战略布局的全面系统规划，为掌握这一领域的技术主权提供了充足的资金和政策保障。因此，本研究选取德国量子计划作为典型案例，并剖析其最新发展举措，以期对我国未来产业发展提供启示。

自2011 年以来，德国联邦教研部（BMBF）便致力于量子通信领域的一系列合作研发项目。2018年，德国联邦政府通过了第一个系统的“量子技术框架计划”；2021 年，德国量子系统计划委员会向德国联邦教研部提交了新的量子研究议程——《量子技术——从基础研究到市场的联邦政府框架计划》，拟定了未来10 年德国在量子系统领域的研究重点和面临挑战，并从政府、产业、大学、研究机构以及公众等不同主体出发，明确了各主体在从科学主导的量子物理研究向基于量子技术的新型应用转变过程中的行动方针。具体来说，主要有以下六方面的行动举措：

（1）不断开拓量子技术的研究领域。一是调整研究结构界面。德国研究基金会、弗朗霍夫学会、莱布尼茨协会、德国国家计量研究所等研究机构在量子科学领域均有良好的研究基础，它们分布在不同的区域，分别专注于自身的研究范畴，这种区域多样性研究力量塑造了德国量子研究领域的优势，但同时也带来了协调困难的缺陷，使得彼此之间的协同效应发挥不够，未来会通过吸纳第三方研究资金、招募年轻研究人员、扩大合作等方式调整当前研究结构界面，构建有利于沟通联系的组织模式。二是增加公共研发资金、拓展应用研究选题。为不断挖掘出量子技术相关的新研究课题，德国政府不断增加核心公共资金用于支持应用量子技术研究，并将投资重点放在通过技术可行性论证且技术应用前景高于平均水平的项目上，因此，在项目的早期阶段便邀请使用方参与项目的论证过程，在与公众的多方讨论中不断修正应用型研究项目的方向，确保技术可行性论证的合理性与科学性。

（2）为新应用搭建研究网络。尽管量子技术在很大程度上属于科学研究领域，但鉴于其与产业具有高度相关性，德国联邦政府仍不断推动覆盖所有发展阶段的应用导向研究。一是面向企业设立量子技术咨询门户。德国科学界具有根据当前国际研究系统测试和比较各种量子技术方法、产品和程序的评估能力，并根据评估结果对企业提供有针对性的量子技术方面的咨询服务，因此，联邦政府面向企业设立了量子技术咨询门户，并委托德国科学界在门户上发布德国量子技术科学世界相关概述，方便企业通过门户搜索与科学界建立联系，并获得相关技术咨询服务。二是支持潜在应用领域的企业主导协同研发项目。自2011 年以来，BMBF 一直支持广泛的量子通信领域的合作研发项目，尤其是针对企业主导的协同研发项目。2017 年，BMBF 首次将涉及企业参与的可能应用场景纳入提案征集，并开始了量子通信关键技术领域新的工业合作资助新阶段，主要包括3 个试点项目和3 个进一步提案征集，具体见表1。资助合作项目不仅刺激了对研究领域的探索，也促进了科学和工业之间的网络化，这些网络为技术长期演进成为新颖的、商业意义上的产品奠定了重要的基础。三是建立量子技术卓越中心——德国联邦物理技术院（Physikalisch-Technische Bundesanstalt，PTB）。为支持行业内的初创企业和中小型企业将研究成果快速转化为应用，德国联邦政府支持建立PTB，主要赋予其四方面的功能：开发新技术；提供校准和技术咨询服务；搭建用户设施平台；提供孵化、培训以及技术转让支持。四是构建多元化的资金支持计划。德国联邦政府通过广泛的资助机会来支持商业创新，包括面向市场的、针对特定行业的以及所有行业的各种技术开放计划。其中，以市场为中心的研发由“中小企业中央创新计划”（ZIM）资助；针对量子特定行业的由KMUinnovativ 光子学和量子技术资助；未来航空航天应用开发量子技术则主要由国家空间和创新计划基金提供支持。与上述3 个主要资金计划提供前期资助不同的是，欧洲复苏计划（ERP）专项基金为后期增长阶段提供各种风险投资机会，因为年轻的企业往往难以获得资金来发展创新。

表1 2017 年德国联邦教研部启动的量子技术领域试点项目和提案征集

（3）建立灯塔项目提高产业竞争力。科学研究成果与产业化之间存在较大差距，为此德国通过设置灯塔项目帮助缩小两者之间的差距，旨在向公众、企业等有关各方表明量子技术不仅仅是抽象的科学概念，更是关于新技术和新工艺的产业化。BMBF目前领导了两个灯塔项目：一是共议主题举办量子通信竞赛，与科学家、工业界共同合作确定量子通信领域的巨大挑战难题，以竞赛的形式允许参赛者提供改善量子通信的关键实施方案，通过具体的技术目标实现产学研协同效应；二是资助卓越的量子计算集群，选择德国3 个卓越的量子计算集群进行资助，并引导其研究最有前途的量子计算方法，在明确实际应用目标的基础上开发硬件平台进行展示，在知识产权得到保护的前提下向全世界的研究人员开放使用，最终以量子信息技术能力、国际网络能力、工业合作伙伴参与能力等关键指标衡量集群的发展水平。

（4）确保量子技术安全和技术主权。一是加快实现卫星量子技术主权。近年来，德国在“国家空间与创新计划”框架下开展研究，不断拓展量子技术在地球监测、卫星通信和卫星导航的应用，然而仍存在诸多挑战，如量子技术预测卫星技术中使用的距离、位置和时间的测量精度有待提高等，为此，德国联邦政府支持在卫星开发方面最具经验的德国航空航天中心（DLR）建立两个新的研究所和伽利略高级研究中心，以支持卫星量子技术中工业基础的并行发展。二是加强数字通信的机密性和完整性。德国联邦政府的建筑与社区部（BMI）和德国联邦国防部（BMV）认为量子技术在推进数字化转型、数字通信加密以及机器辅助操作方面具有较高的潜力，因此打算开发的抗量子密码系统必须能够抵抗量子计算机以及传统技术的攻击，同时也能够与现有的通信协议和网络协同工作，以确保德国保持其在加密领域的世界领先地位。

（5）加强国际合作。一是加强计量与标准方面的国际合作。尽管在科学、工业和安全领域的竞争日益激烈，但德国联邦政府仍致力于加强量子技术方面的国际合作。目前，随着国际时间标准精度要求的不断提高，以监测原子量子态为基础的标准已经难以满足要求，德国国家计量研究所（PTB）正在与美国国家标准与技术研究所（NIST）、日本国家计量研究所（NMIJ）、法国国家计量与分析实验室（LNE）等国际领先的计量研究所密切合作，共同开发下一代光学时钟和光学谐振器。除此之外，PTB也在不断推动基于量子的新国际单位制的修订。二是扩大在欧洲的国际合作。德国将与欧洲主要伙伴国家开展联合开发项目，旨在提高欧洲在量子技术研究方面的知名度和吸引力。一方面，德国积极参与欧盟量子旗舰项目（EU Quantum Flagship），紧密配合这一重大项目并为高层指导委员会提供个人和财政支持；与此同时，诸多德国申请人成功参与了2003 年欧盟量子旗舰项目第一阶段活动方案和征集提案活动；另一方面，德国通过积极参与欧洲创新与研究计量计划（EMPIR）与各其他国家建立合作关系。

（6）提高公众参与度。一是以专业培训的方式帮助公众理解量子技术。为帮助公众更好地理解新技术以及新技术带来的一系列生态、经济、社会等方面的新问题，德国联邦政府通过授课、访问以及参与3 种方式为公众提供学习平台：其一邀请量子物理学专业教授从理论的角度以更直观的方式或者采用更有趣的教学工具为公众授课；其二建议德国的博物馆和展览馆展示更多的量子技术实验和应用；其三开发面向自己动手（DIY）爱好者和中小企业的量子开放技术平台，增进年轻学术者和工业人才对量子技术的理解。二是激发下一代对量子技术的兴趣。联邦政府注重将年轻人才吸纳到科学领域，为了激发年轻一代对量子领域的兴趣，BMBF 成立了初级研究小组，以联合交流的方式培养年轻科学家的领导能力；与来自科学和工业界的合作伙伴共同成立了量子未来学院，以讲座、实践工作等组成的课程形式帮助大学生们了解量子技术的最新发展趋势；设立了多项量子技术领域的研发资助项目，同时设立“德国航空航天中心空间管理计划”等合作项目和技术开发项目，帮助年轻研究者完成硕士和博士论文。此外，联邦政府将量子技术整合到物理以外的课程中，并创建了一个最佳实践目录作为研究培训课程以外的补充内容［10］，以促进量子科技的跨学科发展。

对量子技术的日益重视将不断推动人类进入量子文明时代。量子科技作为未来产业的一部分也受到我国的高度重视，经过科研人员的不懈努力，我国在量子信息科技领域已经取得一批具有国际影响力的创新成果，但仍然需要提前布局，以实现由追赶者向引领者的角色转换，占据未来产业的技术制高点。

3 我国未来产业的发展现状

为加快培育和发展节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车等战略性新兴产业，我国制定和贯彻实施了《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》并取得显著成效。2015 年，我国战略性新兴产业增加值占国内生产总值比重达到8%左右，产业创新能力和盈利能力明显提升，新一代信息技术、生物、新能源等领域一批企业的竞争力进入国际市场第一方阵，高铁、通信、航天装备、核电设备等国际化发展实现突破，一批产值规模千亿元以上的新兴产业集群有力支撑了区域经济转型升级［11］。“十三五”时期，以新一代信息技术、生物、高端装备、绿色低碳等为代表的我国战略性新兴产业发展迅速，技术创新加快、规模不断扩大，涌现出一大批发展潜力大的优质企业和产业集群，成为引领经济高质量发展的重要引擎［12］。可见，我国对战略性新兴产业的前瞻布局取得成效，这为我国未来产业的战略布局奠定了基础同时提供了经验借鉴。对比未来产业与战略性新兴产业的布局与发展现状发现，我国在发展未来产业方面还存在以下几方面的问题：

一是缺乏国家层面的综合性战略布局。2013 年深圳市率先出台了未来产业政策，重点发展生命健康、海洋、航空航天等产业，突破关键核心技术，强化自主创新能力，引导产业高端发展［13］。在航空航天产业方面，近3 年深圳市的产业规模保持年均20%以上的增速，2019 年达到600 亿元；在新型健康技术产业方面，深圳市的医疗器械产值约占全国（未含港澳台地区）的8%～10%，出口则占比超过13%，未来产业发展态势良好，政策效果显著［14］。杭州、沈阳、山西等省市也陆续出台了未来产业的综合性规划，明确提出培育和布局未来产业，加快建设未来产业先导区、培育竞争新优势［15］。然而，我国“十四五”规划虽提出要前瞻谋划一批未来产业，却尚未出台综合性布局规划及指导文件，缺乏对未来产业的全面布局与指导。

二是缺少专项资金规划支持，资金来源单一。国家财政拨款作为一种非竞争性的经费，能够为基础研究、技术创新、产业发展提供保障。为大力支持战略性新兴产业发展，2018 年深圳市人民政府出台了《深圳市战略性新兴产业发展专项资金扶持政策》，推动新一代信息技术、高端装备制造、绿色低碳、生物医药、数字经济、新材料、海洋经济等战略性新兴产业的发展。我国于2012 年出台了《战略性新兴产业发展专项资金管理暂行办法》，以提高战略性新兴产业专项资金的使用效益；相比之下，未来产业缺乏此类专项资金的支持。另一方面，由于资本的逐利性以及我国多层次资本市场体系尚不健全，金融资本倾向于进入回报快、回报率高的产业领域［16］，而未来产业涉及的新兴技术具有较高的复杂性与不确定性，使其风险系数高、盈利能力差、回报周期长，不利于吸引社会金融资源的进入。

三是专业人才培养体系不够健全。由于未来产业具有前瞻性、新颖性等特点，相关技术基础相对薄弱，处于产业发展生命周期的萌芽阶段，现有的未来产业相关领域的专业人才多为拥有共通的学科基础及跨领域融合的人才。另外，目前高校学科设置尚未涉及未来产业的细分领域及其相关专业与课程，导致高校毕业生难以满足细分行业企业对其精细化能力的需求，表明我国现有的人才培养体系尚不够健全。

4 结论与启示建议

本研究深入剖析了德国新的量子研究议程——《量子技术——从基础研究到市场的联邦政府框架计划》发现，德国联邦政府针对政府、产业、大学、研究机构以及公众等不同主体，明确了各主体在从科学主导的量子物理研究向基于量子技术的新型应用转变过程中的行动方针，分别通过不断开拓量子技术研究领域、为新应用拓展研究网络、确立技术主权和确保技术安全、加强国际合作以及提高公众参与度等举措促进量子科技发展。

德国提出的量子计划与我国近年来提出的未来产业规划在目标与机制上有一定的相通之处，可见世界大国在布局未来产业促进其创新发展方面存在着相似的难题和瓶颈。德国量子计划中诸多有价值的新理念、新措施对我国未来产业发展和布局带来以下几点启示：

（1）立足产业特征，出台国家层面战略规划，全面布局未来产业。与战略性新兴产业相比，未来产业更加侧重于市场的新需求，具有更大的想象和发展空间，具有前瞻性和新颖性等特征；另外，未来产业处于产业生命周期的萌芽阶段，不确定性强、风险性高。因此，立足未来产业前瞻性、高风险性等特征，出台一部针对未来产业的专项规划能够厘清当前未来产业发展的优劣势，指明未来的发展方向和重点，促进“产学研用金”产业链的协同发展，对产业的整体发展发挥更加全面的指导作用。

（2）拓宽融资渠道，丰富资金来源，支持创新发展。围绕提高原始创新能力提高未来产业上中下游的技术水平，增强自主创新能力。增加国家财政投入，加大国家对基础研究的支持力度，提供预算管理式的非竞争性经费，提高非竞争性经费占比。通过国家重点研发计划、科技创新重大项目等支持基础研究的开展与新兴技术的研发，同时采取政策引导和市场化运作相结合的方式吸引社会资本投向未来产业。引导竞争性经费进入未来产业的各个研究领域及研发阶段以支持原始创新、先进技术的研发，支撑未来产业创新发展。

（3）搭建交流合作平台，畅通协同发展渠道，释放创新活力。一是跨地域合作，统筹全球优势创新资源，共同支持未来产业发展。坚持“引进来”和“走出去”并重，充分利用政府、行业联盟、企业、学研机构等渠道，多方位开展基础研究、技术突破与行业应用等方面的国际交流与合作。支持国内外互设海外研发中心、技术创新中心以及产业创新中心，共同推进提升颠覆性技术产业化水平。二是跨部门合作，实现“政产学研用金”协同创新，完成创新链与产业链、金融链、服务链对接，实现各环节要素的充分互动融合，全产业链协同发展。加大学研机构与企业的交流合作，对接技术发展需求，促进产学研协同发展，提升科技成果的转化效率，形成规模效应。利用云平台等新商业模式，线上线下打通新兴技术在社会、企业、家庭中的应用路径。三是跨领域合作，积极建设一批未来产业应用示范项目和示范平台，大力推进颠覆性技术的跨产业应用示范及其与传统产业的深度融合应用，提升科技成果规模化应用水平。

（4）鼓励公众参与，促进知识流动，营造消费环境。一是完善专业人才培养体系。将颠覆性技术的基础知识纳入中小学课程，为未来产业发展培养复合型创新人才奠定基础。支持中高职院校设置新兴技术应用专业，培养一批具有职业资格的技能型人才。高校进行相关学科建设，培育一批高质量的专业型技术和管理人才。增强国家及各省（区、市）对学科带头人、青年骨干的培养力度，培养一支中青年专家队伍。二是加强科普宣传，提高大众参与度。未来产业能够灵敏地感知消费者的期望变化和需求偏好，有利于推动新产品或新服务产生，从而引导潜在需求转换为现实需求。增强公众对前沿技术与未来产业的认知，有利于对接企业与消费者需求，营造创意涌现研发环境与个性化服务的消费环境。