● 摘要：未来产业以前沿科技为牵引、以供给创造需求，是新形势下供给侧结构性改革的时代要求。产业竞争的实质是产业生态的竞争，率先建立起完整产业生态的国家将会在未来产业发展中占据先机。文章提出了未来产业创新生态的一般框架，重点从产业生态发展驱动力、产业生态稳定性、产业生态群落结构和环境要素功能等角度比较分析了未来产业、新兴产业、主导产业这三类产业创新生态之间的差异，并对北京量子信息产业生态进行了解析。

　　● 关键词：未来产业；创新生态；量子信息产业

　　一、创新生态对未来产业的重要性

　　未来产业的培育与发展不仅依赖于前沿科学技术的突破，也需要有配套投入、互补性产品等产业配套体系的支撑。因此，系统培育未来产业需要激发开放协同创新的强大势能，构建面向未来产业的创新生态至关重要。

　　（一）构建面向未来产业的创新生态是技术颠覆性发展的要求

　　未来产业的可持续发展高度依赖基础理论研究和原始创新，没有颠覆性技术创新引发新的产业变革，就谈不上发展未来产业，而重大科学发现或重大技术突破是一个长期复杂的过程，需要众多机构的相互配合、支持，依靠单一创新主体难以完成如此艰巨的任务。前沿技术“从0到1”的突破是由多种因素交织产生的，存在诸多不确定性，需要有运转良好的制度机制来保障长期持续性的、大量的资金投入和高水平人才参与。因此，未来产业技术的颠覆性决定了其需要依托于创新生态的发展与完善。

　　（二）构建面向未来产业的创新生态是技术应用场景化发展的要求

　　基于重大科学发现或技术颠覆而发展的未来产业处于产业生命周期的萌芽阶段，其前沿技术应用转化路线和范围往往是不固定的，需要在被市场接受的过程中不断试错、调整、改进、拓展新的应用边界、渗透到其他领域，这就涉及与创新链、价值链各环节上不同参与者之间的协调，在相互依赖、共同演进中对市场需求、主导设计等达成一致。这一过程中一旦某一环节发展滞后，或是关键要素缺失，或是辅助条件不完备，都可能会影响到前沿技术的可持续发展。因此，未来产业的场景化应用需要依靠完善的创新生态。

　　（三）构建面向未来产业的创新生态是产业竞争力提升的要求

　　未来产业对经济社会发展的引领能力，一般是由其关键核心技术在产业链价值链位置决定的。未来产业的核心技术本身具有前沿、领先的属性，一旦形成较为完整的未来产业创新生态，培育出头部领军企业、掌握产业链重要环节，就必然会提高对未来产业价值链安全的控制力。同时，未来产业的发展体现了新技术、新产业的创新效率，也代表了推动新技术、新产业发展的制度效率。好的制度可以激发创新主体在创新合作上的巨大积极性，激励创新主体多出成果、快出成果。因此，未来产业的竞争力提升需要依靠完善的创新生态。

　　二、未来产业创新生态的框架与特殊性

　　未来产业是由前沿科技与颠覆性技术突破所推动形成的、具有引领性和高成长潜力的战略性产业，其对国家或地区经济发展具有重要支撑和巨大带动作用，关系着国家或地区未来发展命运。面向未来产业的创新生态系统是创新参与者（个体、种群、群落）间及其与创新环境通过物质、信息的流动与交换等方式，生产前沿知识、技术和产品以促进未来产业培育发展，即面向未来产业的创新生态系统是围绕未来产业培育与发展所形成的不同创新群落、创新环境相互作用和相互影响构成的动态性开放系统。其中，从价值创造的角度，可以将创新群落拆解为知识创造、应用开发和商业实现３个群落。

　　未来产业在战略引领性、超强颠覆性等方面的特征决定了未来产业创新生态中资源与要素更加多元、创新链条更长，创新生态呈现出独特的运行模式，主要体现为以下４点（见表 1）：

　　表1  未来产业、新兴产业、主导产业的创新生态比较

　　注：产业生态示意图中红色：高校/科研院所；蓝色：政府；深灰色：企业；绿色：平台/中介服务机构；浅灰色：外部拟进入者；紫色：传统产业链上的合作者；圆圈大小表示规模/实力。

　　其一，从产业生态发展的驱动力来看，未来产业处于培育阶段，部分细分产业进入产业化初期，产业规模小，产业生态尚不完善，其生态发展重点是以构建完善的生态体系为目标，各构成要素之间的联系互相影响，通过自我强化的反馈机制实现系统加速向高阶演化，即在良性互动中加速将科学技术知识从理论构想的孕育孵化阶段转向技术产业化、产业规模化阶段，不断推动未来产业快速成长。新兴产业即将由产业生命周期的萌芽期步入成长期，其生态体系已经基本健全，生态发展是以实现生态体系的扩张为目标，在创新群落、创新环境的相互作用影响下实现系统的规模化发展，在良性互动中实现产业快速发展到生命周期的下一阶段。主导产业处于产业发展的成长与成熟期，其生态体系已经较为完善，生态发展是以实现生态体系的优化为目标，在创新群落、创新环境的相互作用影响下实现系统的效率提升，延长产业的生命周期。

　　其二，从产业生态的稳定性来看，未来产业依托于前沿科技的突破，而这种颠覆性的创新路径具有极大的不确定性，在发展初期往往会呈现多条技术路线竞争的格局，生态内各参与者的分工与角色时刻处于变动状态，在这种不断变化的环境中，生态中进入者数量众多，但面临的淘汰率也比较高。加之未来产业生态向高阶演化的动态趋势，整个生态稳定性较弱。新兴产业的新技术新产品已经初步适应市场需求，但受市场容量的有限和不确定性的影响，对外部的产业链配套企业、互补产品企业的吸引力较弱，新兴产业仍要面临产业化后产品或技术改进的不确定性，整个生态处于扩张中，尚未形成稳定结构。主导产业的产品与技术已经十分成熟，产业分工体系完善，生态内成员的联结紧密，对新进入者形成较高门槛，整个生态较为稳定。

　　其三，从产业生态群落结构来看，由于未来产业、新兴产业和主导产业所处产业生命周期的阶段不同，各产业生态中的知识创造、应用开发和商业实现 3个群落的结构表现出一定差异。未来产业当前的任务是在前沿科技和场景创新上取得突破，即强调技术供给和市场应用，故3个群落发展较为快速的是知识创新和应用开发两个群落，是整个产业生态中相对的主导者。而商业实现群落会较为弱小，它主要是配合知识创新和应用开发两个群落的需要。未来产业生态中3个群落内部的网络化密度发展速度会快于3个群落间的网络化密度发展速度。新兴产业因技术与产品改进和拓展市场规模的需要，应用开发和商业实现两个群落的发展速度会较快，它们的群落规模会持续扩张，承担的分工和任务会逐渐加重，而知识创造群落的分工和任务基本固定，与其他群落的关系较为稳定。新兴产业生态中3个群落内部及群落间的网络化密度会持续加强。主导产业生态中3个群落根据产业发展需要形成的各类分工和任务相对明确和固定，群落内部及群落间的网络关系较为稳定。故主导产业3个群落内部和群落间的网络密度会保持相对均衡的稳定状态。

　　其四，从生态环境中的政策要素功能来看，未来产业的前瞻性与战略性也意味着产业发展具有极大的不确定性。当前，未来产业方向不明确，技术成熟度不足，发展路径不成熟。尤其是在逆全球化背景下的国家竞争加剧，我国未来产业发展可能面临科技、人才、金融、产业等要素流动的断点，这需要政府在不确定性中寻求确定性，需要提前布局、充分谋划，以科学的政策来引导未来产业发展方向，保障未来产业发展的安全。未来产业的细分领域和发展主体则可以由市场进行筛选。政策是未来产业生态中非常重要的一项环境要素。新兴产业在发展初期因产业规模小、市场需求弱等原因，需要政府在金融投资、产品采购等方面出台一些扶持政策，但新兴产业的发展仍以市场为主导，政策是市场机制的有效补充。主导产业的发展过程中，市场起决定性作用，政府在政策制定上更多的是以功能性产业政策来推动产业整体的技术进步，维护公平的竞争环境。

　　三、北京量子信息产业的生态分析

　　（一）全球量子信息产业的政策布局

　　当前，持续加强量子信息领域科研规划与布局投入，掌握关键核心技术，促进应用探索和产业培育，已经成为全球主要国家和地区在科技政策领域的关注焦点和普遍共识。这些国家和地区在战略规划、研发投入、研发组织、市场培育等方面制定了具体的举措，旨在通过长期的、大规模投入和制度创新来抢占量子信息产业制高点，表现为以下3个方面：

　　其一，将培育和发展量子信息产业视为国家战略，旨在通过顶层设计引导量子信息技术的研发和应用。截至2022年6月，美国、英国、中国、法国、德国、俄罗斯等17个国家/地区发布了统一的国家量子科技计划或法案以支持本国量子科技发展。英国是较早发布国家层面量子信息科技政策的国家，从2013年开始，先后发布实施英国国家量子技术计划（NQTP）、《量子技术国家战略—英国的一个新时代》和《英国量子技术路线图》。美国为量子科技进行立法，建立了受法律约束的量子信息科学（QIS）管理体系，召集来自大学、企业、研究机构、联邦实验室和其他联邦政府机构的成员，为美国量子信息技术发展提供咨询服务，对量子技术研发和项目管理的动态进行跟踪与评价，并提出改善建议。

　　其二，建立从事量子信息技术研发的创新中心，并对具有国家战略重要性的项目开展长期资助。相关国家建立从事量子信息技术研发的创新中心，包括澳大利亚研究委员会（ARC）的量子计算和通信技术卓越中心（CQC2T）、荷兰量子计算研究中心（QuTech）和量子软件研究中心（QuSoft）、新加坡量子技术中心（CQT）等。2019—2021年，美国国家科学基金会资助成立了量子工厂（Quantum Foundry）等7家量子研究中心。目前，美国能源部拥有5家量子信息科学研究中心。同时，相关国家还对重要项目进行直接资助，有针对性地加速量子信息产业关键技术发展。据不完全统计，2015—2022年，全球各国政策性资金投入达到300亿美元。例如，美国2018年在《国家量子倡议法案》中明确规定了美国国家标准与技术研究院（NIST）、国家科学基金会（NSF）和能源部（DOE）在发展方面的职责范围，并提出将12.75亿美元的联邦研发支出分配到这3个部门。欧盟为“天基量子密码卫星宽带项目”拨款20亿欧元，使欧洲能够接触到基于天基量子密码学提供的安全级通信。

　　其三，欧美国家间在量子信息技术领域开展了紧密而广泛的合作，以促进量子信息技术研发与产业发展。受到语言、文化和政治等因素的影响，量子技术的国际合作主要集中在欧美国家。例如，法国和荷兰，英国和美国，美国和日本等国家，通过共同制定发展规划、共同投入资金开发量子项目、合作培育量子人才、基础设施与数据共享等方式开展合作。2019年12月，美国和日本发布《东京量子合作声明》；2021年8月，法国和荷兰发布《法荷联合声明》，宣布加强在量子领域合作，促进欧洲在该技术领域的战略自主等；2022年4月，美国分别与芬兰、瑞典签署《科技合作协议》，发布《关于量子信息科学与技术合作的联合声明》。

　　（二）量子信息产业整体发展情况

　　当前，量子信息技术正逐步从学术研究和实验探索的阶段，步入样机研制、产业开发与应用探索的阶段。量子信息的产业生态中知识创造、应用开发和商业实现3个群落基本构架已经形成，科研成果转化、行业应用创新、供应链建设、人力资源培养和创业投融资等生态培育工作，开始成为全球主要国家在量子信息领域的关注热点和发力方向，并呈现出如下3个方面特点：

　　其一，量子信息技术的研究发展与应用探索仍具有长期性和不确定性。量子信息技术主要有三大发展方向，即量子通信、量子计算和量子测量。在量子通信领域，我国完成了量子保密通信“京沪干线”技术验证及应用示范项目，但量子信息网络研究与试验处于初级阶段，量子保密通信应用场景开拓和产业发展面临挑战。在量子计算领域，大规模通用量子计算仍是远期目标，量子计算系统架构和软件体系处于初步探索阶段，超导、光量子、离子阱、半导体、拓扑等多种技术路线并行发展，将来哪条路线将“胜出”仍未可知。在量子测量领域，其商业化应用进程较为迅速。欧美多家公司已推出基于冷原子的重力仪、频率基准（时钟）、加速度计、陀螺仪等商用化产品，但应用和产业化水平仍有待进一步提升。

　　其二，欧美国家通过政策引导形成对量子信息产业的中长期发展规划和全方位体系化布局。各类政策旨在通过对基础科学研究、软硬件工程研发、应用场景探索和产业生态构建培育等方面的工作，争取率先取得突破，并进一步通过掌控关键使能组件，建立应用先发优势，培养用户习惯和布局专利标准等举措，在应用产业发展过程中形成壁垒和垄断。2018年，美国根据《国家量子倡议（NQI）法案》，授权美国国家标准技术研究院（NIST）牵头组建美国量子经济发展联盟（QED-C），其目标是在美国建立发展量子技术产业及相关供应链。此外，欧美国家还通过组建跨国技术联盟来合力推进量子信息技术发展。2021年6月召开的G7峰会上，美国、英国、日本、加拿大、意大利等7国宣布联合开发一个基于卫星的量子加密网络－“联邦量子系统”（FQS），统筹资源和资金促进共同研究，计划于2023年发射第一颗 FQS卫星。

　　其三，欧美国家量子信息产业形成了以科技巨头为主，科研机构（大学）和初创企业等分工协同的发展格局。以谷歌、IBM、微软、霍尼韦尔等代表性的企业在过去数年持续大规模投入，推动量子计算软件算法、编译工具和测控系统等软硬件研发，并通过量子计算云平台、软件开源社区、企业联盟组织和竞赛培训推广等应用，联合科研机构、初创企业和行业企业广泛开展量子计算解决实用化问题的应用场景探索。IBM举办量子编程挑战赛已经成为全球最具影响力的比赛。2021年挑战赛有1400支队伍参赛，在 IBM量子计算云平台提交了超过7000次的编程计算任务，执行超过30亿次。2021年6月，德国西门子、默克、思爱普、大众等10家企业成立了量子技术与应用联盟。

　　（三）北京量子信息产业生态解析

　　目前，北京在量子通信、量子计算和量子测量三大领域均有布局，相应的商业化应用正在落地，量子信息产业整体发展处于国内领先水平，拥有从基础研究、器件研发到商业化应用落地的完整创新链条。高水平大学、新型研发机构、一流科技企业和初创企业已成为北京量子信息产业创新生态中的活跃主体。北京量子信息产业生态的知识创造、应用开发和商业实现3个群落内部及群落之间已经建立了较为紧密的联结关系。

　　1.知识创造群落

　　在量子信息技术基础研究领域，北京集聚了北京大学、清华大学、北京邮电大学、中国科学院物理研究所等高水平的高校院所、新型研发机构和高科技企业，还拥有领域最齐全的相关学科和最顶尖的科研队伍（北京有7个量子信息领域相关的国家级创新平台）。各主体以科研攻关项目为纽带，形成研发共同体，发挥量子光学、原子分子物理等多学科交叉的优势，产出了一批世界领先水平的原创前沿成果。例如，2021年，清华大学金奇奂研究组首次在离子阱系统中实现了超过一个小时的单量子比特相干时间（5500秒），刷新了此前660秒的纪录。2022年，北京量子信息科学研究院、清华大学龙桂鲁教授团队和陆建华教授团队共同攻关，设计和实现了当前世界最长的量子直接通信距离。2023年，北京量子信息科学研究院联合中国科学院物理研究所和清华大学，共同推出新一代量子计算云平台“量子未来quantum future）”。

　　2.应用开发群落与商业实现群落

　　量子信息技术已经进入深化发展、快速突破的阶段，但将实验研究优势转化为可应用的技术，实现真正产业化还有一段距离。北京量子信息产业生态中应用开发群落与商业实现群落虽然各自规模均相对较小，但群落间联系较为紧密，量子信息产业的工程化开发与产业规模化发展在同步进行。在京高校、科研院所、新型研发机构与高技术企业、初创企业形成了联合开发体，开展量子信息技术的应用场景探索、关键核心元器件研发、核心软件开发等工作。各创新主体在协同过程中，在提高量子信息技术的产业化水平的同时，产业化发展又能催生相关技术的成熟，形成应用开发与商业实现的双向循环正反馈。

　　以量子计算领域为例，在京的科研院所、科技企业等主体在量子计算的应用开发探索和产业化上做出了有益尝试，并产生了一批有代表性的成果。2022 年3月，光大科技与北京量子信息科学研究院、北京玻色量子科技有限公司联合发布了量子计算投资组合产品—“天工经世量子计算量化策略平台”。2022年8 月，百度公司发布超导量子计算机“乾始”和全平台量子软硬一体解决方案“量羲”，“量羲”已经完成中国科学院物理研究所超导量子芯片和中科院精密测量院离子阱量子芯片连接验证。2023年6月，北京某家企业发布国内首台相干光量子计算机，已经在通信、金融、生物医药、交通等产业领域进行真机应用测试。

　　综上所述，国内外量子信息产业生态的形成与发展呈现出较大差异。在美国，IBM、谷歌、亚马逊、微软、英特尔、霍尼韦尔等美国科技企业巨头已经提前多年布局量子信息技术的全链条研发与产业化，通过大强度的研发投入、与大学合作、并购创业企业等方式，如今已经在量子信息科技的研发和产业化方面形成先发优势。IBM采用自主研发量子硬件，合作布局量子数据中心和芯片，并通过IBM Q Network吸引了大量从事软件开发的初创公司。如今已经在量子计算专利领域建立了领先地位。IBM已向美国专利局提交了100多项量子计算专利，超过了微软、谷歌、英特尔和亚马逊的总和。国内量子信息产业生态的形成与发展多是由高水平大学和科研院所来主导，量子信息产业的头部企业多起源于高校和科研院所。如国盾量子、本源量子、启科量子、问天量子等，大多是由中国科学技术大学、中国科学院的团队创立。近年来，百度、京东等科技企业通过成立研究院来独立开展量子信息技术研发，起步时间较晚，成果影响力和竞争力不及欧美科技巨头企业。

　　3.培育北京量子信息产业创新生态的思考

　　（1）顶层设计上前瞻谋划北京量子信息产业发展。量子信息技术多次被写入北京国际科技创新中心建设和“十四五”时期发展规划等重要文件，进一步明确北京量子信息产业的重要地位、发展方向等。例如，2016年9月，国务院印发的《北京加强全国科技创新中心建设总体方案》指出，统筹布局重点领域原始创新，集中力量实施量子计算与量子通信、脑科学等大科学计划，引领我国前沿领域关键科学问题研究。2020年8月，中共北京市委、北京市人民政府发布的《关于加快培育壮大新业态新模式促进北京经济高质量发展的若干意见》指出，围绕量子科学、脑科学、人工智能等前沿领域，加快推动北京量子信息科学研究院、北京脑科学与类脑研究中心、北京智源人工智能研究院等新型研发机构建设。2021年8月，北京市人民政府发布的《北京市“十四五”时期高精尖产业发展规划》指出，完善量子信息科学生态体系，加强量子材料工艺、核心器件和测控系统等核心技术攻关，推进国际主流的超导、拓扑和量子点量子计算机研制，开展量子保密通信核心器件集成化研究。

　　（2）生态培育上创新机制形成量子信息产业发展的北京样板。量子信息技术的发展正逐步迈向产业化的关键时期，北京量子信息产业生态的打造需要科学家、开发人员、企业和政府等联合发力，加强在多学科的交叉融合和多技术领域的基层创新，培养用户、企业需求和应用场景之间的有效对接。构建和培育良好的量子信息产业创新生态，才能持续提升北京量子信息产业的硬实力和竞争力。

　　前沿科技突破上，建议完善不同技术路线的组合布局。加强离子阱、量子点、拓扑量子等硬技术路线的组合布局，突破量子处理器等核心硬件攻关。积极推动量子软件发展，优化量子软件的兼容性，提升量子软件与硬件系统协同度。集聚国际顶尖量子信息人才，以国际一流研究平台、良好的研究环境、市场化薪资待遇吸引顶尖人才。重视产教融合，加强产教融合政策顶层设计，引导和支持量子信息龙头企业参与量子教育。

　　应用开发上，促进量子信息技术应用场景示范。开展应用赋能场景示范，推进量子信息技术在金融、生物医药、新材料、人工智能、气象预报、密码破译、智能制造等应用，促进产业链创新链与应用需求的深度融合。建设用户社区，提升开源工具用户活跃度，吸引用户深度参与使用，并提供有效意见反馈，推动形成研发迭代与成熟的商业模式。

　　产业培育上，支持量子信息企业发展。落实科技创新税收优惠政策，引导信息产业头部企业投资量子信息产业，调动企业加大研发投入的积极性。支持以企业为主导成立的量子信息产业创新联合体。鼓励企业与科研院所开展研发和转化合作，推动信息、技术、人才等各类创新资源流动与共享，构建多主体紧密协作的创新共同体。

　　作者：伍建民、李军凯、高菲、龚轶，北京市科学技术研究院。

（转自科技智囊）