美智库发布《量子产业的关键时刻：强化美国量子供应链，塑造可规模化的竞争优势》报告

量子技术正逼近一个关键的拐点。未来三到五年内，长期局限于实验室环境中的量子传感器和量子计算机，将开始向具备现实世界应用价值、可实际部署的系统过渡，并由此带来重大的经济与国家安全影响。美国能否把握量子技术带来的红利，不仅取决于其能否持续保持科学领先地位，还取决于其是否具备以可靠、具竞争力且工业化规模生产和部署量子系统的能力。

美国国内供应链中长期存在的缺口——包括制造能力不足——以及对中国、俄罗斯等外国供应商的依赖，这可能限制美国量子产业的发展，并使价值创造转移至海外。因此，要将美国当前的创新领先优势转化为持久优势，就必须将量子产业基础提升为国家量子战略的核心支柱。

报告提出了一个框架，用于从多个维度评估并应对美国量子供应链的脆弱性，包括：

（1）制约美国量子产业实力的总体性国内与国际挑战；

（2）量子硬件技术路线的多样性，以及它们在光子学与光学、低温技术、专用材料与微制造等支撑技术上的差异化依赖；

（3）影响特定供应链投入要素的不同脆弱性类别，包括对外依赖、国内产能不足，以及性能与可扩展性差距。

报告最后一章运用这一框架，识别出最具影响性的脆弱环节，并提出一揽子行动方案，以强化美国量子领导力的产业基础。

量子供应链具有异质性，并且仍在演进之中。当前存在多种可行的量子硬件路径来构建量子系统，每一种路径都对应着不同的供应链依赖。光子学与光学、低温技术、专用材料与微制造等支撑技术，对某些硬件路线而言是核心，对另一些则起辅助作用，而对第三类路线则可能基本并非必需。随着量子系统在性能和规模上不断进步，其底层支撑技术也在同步向更高的可靠性和可制造性演进。因此，短期内支持早期、小批量量子系统的供应链，可能与未来五到十年支撑下一代量子系统所需的供应链存在显著差异。提升美国量子产业实力，必须应对全谱系脆弱性：既包括特定技术路线的脆弱性，也包括共性的脆弱性；既包括近期缺口，也包括长期韧性与规模化能力问题。

商业化受制于一种自我强化的产业缺口。量子系统市场需求目前仍然过小且高度分散，尚不足以支撑私营部门持续投资于量子系统所需的专用“量子级”组件——这类器件相比标准器件，需要更严格的公差、更低的噪声底线以及更高的稳定性要求。在这种产能缺位的情况下，国内供应链持续薄弱、成本居高不下、交付周期延长，进一步压制了吸引投资所必需的需求增长。与此同时，供应商向更高出货量市场集中的趋势又加剧了这一局面：量子相关产品线会周期性地被取消，从而迫使量子系统开发者转向国外采购，或进行高成本的垂直整合，而这又会分散其对核心量子创新的资源投入。

联邦支持与制约规模化及投资回报的关键约束并不匹配。自2018年《国家量子倡议》启动以来，美国对量子领域的投入显著增加，但资金重点主要投向基础研究以及量子计算机、量子传感器等量子系统本身，而投向支撑技术和制造基础设施的比例不足12%。这一重点在早期阶段是合理的，但实践证明，单纯依赖系统开发商“自上而下”传导出的需求，不足以建立量子技术所需的、专业化且资本密集型的供应商基础。如果没有更强大的支撑技术基础，科学进步就无法转化为使量子成为战略优先事项的那些经济和安全优势。有针对性的联邦投资能够撬动私人资本，并加速形成实现产业规模量子部署所必需的供应商基础。

国际竞争态势正在压缩美国的行动窗口。中国以国家力量推动量子技术产业化的努力，已在支撑技术和制造领域日益显现，并形成了价格压力和规模优势，对美国及其盟友的本土供应商构成威胁。与此同时，美国盟友之间——尤其是与欧洲之间——的碎片化，也可能削弱集体获取关键投入和市场的能力，并间接助推中国崛起。考虑到量子领导权的地缘政治意义，若国际政策校准不当——例如欧洲推动“技术主权”，以及美国实施广泛关税——则可能在速度和资本效率至关重要的阶段，进一步限制关键投入和营收来源的获取。

三类支撑技术领域存在重大脆弱性，可能阻滞美国量子技术的发展与规模化：

（1）光子学与光学：中性原子、离子阱和光子量子硬件路线，都依赖稳定且规格要求极高的激光与光学系统。然而，这一供应链基础薄弱、国际集中度高，而且其产品多针对实验室用途优化，而非针对连续、现场部署运行优化。这种错配构成了量子技术的共同脆弱点，也影响到依赖类似精密光子技术的国防应用，如遥感和定向能系统。

（2）低温技术：超导与半导体自旋量子路线依赖由稀释制冷机实现的极低温环境，而这类设备的全球供应商很少，且依赖氦-3气体——这是一种稀缺、昂贵且受严格监管的同位素。规模化瓶颈并不止于同位素供应。当前的低温平台体积庞大、能耗高，而且系统层面的限制——布线、互连、振动控制和热管理——正日益成为制约可实现规模和可靠性的关键因素。光子量子路线虽然无需氦-3，但在大规模部署时仍需要相当可观的低温基础设施，这进一步强化了低温技术作为大规模量子部署“门槛型支撑能力”的地位。

（3）专用材料与微制造：量子硬件依赖超高质量材料以及严格受控的制造工艺，但美国在商业级（而非科研级）晶圆供应和代工厂获取方面仍较为有限。关键依赖项——从薄膜光子晶圆、异质集成，到高纯度超导材料和同位素富集硅晶圆——往往依赖中国和其他国家的外国供应商。如果不能在近期采取行动，将具备量子制造能力的工艺锚定在美国商业代工体系内，那么随着技术能力和产能在海外持续聚集，对外依赖就可能被进一步固化。

鉴于美国量子供应链脆弱性的多样性，报告建议采取一揽子行动来提升产业韧性。报告认为，尽管联邦政策工具至关重要，但要强化美国量子产业基础，还需要区域创新生态、私人资本、产业界、科研机构的大力支持以及关键国际伙伴的协作。

1．一般性建议

将支撑技术——而不仅仅是量子系统——提升为首要战略优先事项。应通过专门的多年期研发项目、战略采购和基础设施计划，在激光系统、低温技术以及新材料与制造工艺等领域培育并扩大国内产业能力。支撑技术供应商与量子系统开发者之间的联合项目——而非保持距离的分包关系——有助于实现高效的协同设计，并提升可部署系统的性能。

通过战略采购和试点项目增强需求信号，抢占早期优势。在市场规模仍然较小时，政府需求可以吸引私人资本进入量子系统及其支撑技术领域。通过优先推动与任务需求相契合的部署——例如将量子计算用于科学研究，将量子传感用于弹性导航与授时——政府机构可以创造近期价值、积累应用经验，并加速激光系统、低温技术等领域的供应商创新。

建设共享的测试与评估基础设施。美国国家标准与技术研究院（NIST）及国家实验室的设施，能够降低支撑技术初创企业在昂贵专用设备上的投入需求，并提供值得信赖、独立的组件性能与可靠性验证。通过建立统一的规格标准和基准体系，这些设施还可加速组件验证及其向已部署系统中的集成。

扩大商业级材料与设备制造的可及性。国家实验室和大学的制造设施对于早期原型开发至关重要，但它们缺乏持续工艺优化与产品化所需的产能、过程控制能力以及知识产权灵活性。另一方面，高产量商业代工厂则更适合成熟工艺，而不适合快速迭代。联邦政策可以激励商业机构保留灵活的量子制造研发产线。以税收抵免、低息贷款以及类似《芯片与科学法案》的激励措施为抓手，并以州政府和私人资本参与为条件，可帮助弥合实验室原型开发与商业规模生产之间的缺口。

确保对关键投入的可靠获取以推动短期进展，同时着眼于构建长期的国内自主韧性。通过双边或现有多边框架与盟友和伙伴开展战略合作，可以在国内产能不足的情况下缓解当前脆弱性，促进美国出口，并推动政策协调，以遏制反竞争行为以及对不可信供应商的依赖。与此同时，持续的国内投资将使美国有能力引领下一代量子供应链——其特征是更高效、更可靠、更易制造——从而支持持久的规模化扩张，并创造重要的商业与国家安全价值。

2. 具体建议

推进精密激光与光学系统的国内生产。启动多年期先进研发计划，开发对量子技术和国防应用至关重要的、可靠、可扩展且可制造的激光与光学系统。美国国防高级研究计划局（DARPA）、国家标准与技术研究院（NIST）及国家实验室等机构，可整合供应商、系统集成商和终端用户的专业能力，加快从原型到可量产平台的转化。借鉴部分国防技术项目模式，实施有针对性的低速率初始生产承诺，将有助于强化需求信号，加快供应商成熟、降低对外依赖。

构建面向可扩展量子平台的下一代低温系统。启动重点研发项目，推进新型亚开尔文架构，以支持大规模量子系统，同时降低氦-3用量、能耗和运行复杂性。相关项目还应解决布线密度、振动和热管理等配套扩展难题，以实现从实验室基础设施向可部署、兼容数据中心的平台的转化。DARPA、NIST及国家实验室等机构可动员跨学科工程力量，加快技术开发与转化。

将量子级晶圆级制造（包括集成光子学和固态量子比特平台）锚定于商业代工厂。美国商务部和国防部应推动建立薄膜光子材料（如目前主要依赖中国供应的铌酸锂）的国内来源，并建设与量子计算、量子传感和国防应用相关的商业化集成光子研发产线，包括硅光子平台。此外，还应在先进互补金属氧化物半导体（CMOS）制造线上建立面向量子的工艺模块，以支持超导和半导体自旋平台，实现实用规模量子系统所需的晶圆级质量与均匀性。

确保关键量子同位素和材料的安全获取与战略管理。联邦政府应通过能源部同位素计划或类似机制，采取战略回收与循环利用、提纯与富集工艺以及专门储备体系建设等举措，稳定对受严格监管（如氦-3）和相对低产量的量子关键原材料的获取，例如硅-28以及铷-87、铯-133等碱金属。这些举措有助于缓解供应冲击，并确保在量子部署规模扩大时维持可靠供给。

报告进一步详细阐述了上述优先事项，并提出了其他相辅相成的建议，为将美国在量子领域的创新优势转化为持久的产业优势和战略优势提供了一条可信路径。