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聚变技术路线图
路线图提出,德国必须以安全、气候友好和可负担的方式满足日益增长的电力需求。聚变能作为一种清洁、高效且资源节约的能源,能够长期保障电力供应,为德国高科技经济开启未来市场,创造就业机会。因此,聚变领域的成功将极大增强德国在能源领域的技术主权和独立性。
(一)战略目标和关键里程碑
德国聚变发展总体目标有两个:一是将德国打造为聚变技术全球领先创新高地,建成全球首座聚变电厂;二是保持并增强德国在聚变研究领域的国际优势,支持德国企业成为全球市场领导者。在总体目标下,路线图设定三个子目标以及相应的实施里程碑,主要内容如表1所示。
表1 聚变技术三大子目标及关键里程碑
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子目标 |
关键里程碑 |
完成时间 |
主要参与主体 |
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建设聚变电站 |
建立“磁约束聚变”和“激光聚变”两大中心,汇集相关主体,作为未来聚变生态系统的重要组成部分 |
2026—2029年 |
相关领域产业界和学术界主体,州政府提供支持 |
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为仿星器制造并测试首个全尺寸、使用高温超导带材的高温超导线圈模块 |
2028年 |
Proxima Fusion公司、Gauss Fusion公司、马普等离子体物理研究所 |
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建成并投运磁约束聚变示范装置,实现等离子体能量净输出 |
2030年左右 |
磁约束聚变产业界参与者 |
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建成激光聚变研究基础设施 |
2031年 |
激光聚变学术界和产业界参与者 |
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确定最终技术路线(磁约束或激光聚变) |
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聚变生态系统 |
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建设全球首个聚变示范发电厂 |
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聚变生态系统 |
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建成全球首个商业聚变电厂 |
21世纪40年代 |
聚变生态系统 |
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提高燃料和材料技术成熟度 |
建立燃料循环和材料开发中心,开发燃料循环概念,建成用于富集锂-61的可扩展设备,创建燃料循环和材料开发生态系统 |
2026—2029年 |
相关领域产业界和学术界主体,州政府提供支持 |
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建立材料开发研究基础设施,使德国企业具备国际竞争力 |
2034年 |
学术界和产业界主体 |
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创造框架条件 |
将聚变能明确纳入《辐射防护法》,为企业发展提供确定性,并为投资聚变能创造激励 |
2026年 |
联邦环境、气候保护、自然保护和核安全部 |
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向大众传播聚变能知识,提高社会接受度 |
2029年 |
聚变能领域参与者 |
(二)重点举措和保障
为实现技术路线图的里程碑,将聚变能从基础研究推向应用成熟,不仅需要一系列技术突破,还需要充足稳定的资助结构、明确的法律框架和广泛的国际合作。为此,德国已采取一系列重点举措,包括:一是建立聚变能中心,围绕“激光聚变”“磁约束聚变(仿星器)”以及聚变电站的“燃料循环和材料开发”中最关键的研究和开发问题设立三个中心,以提高技术和市场成熟度,推动建立必要供应链,并培训和吸引青年和专业人才。二是资助应用研究项目,针对未来聚变能电厂开发关键组件,并资助探索性的、高度创新的研究方法。三是资助聚变领域的监管研究项目,在《辐射防护法》范围内逐步对现有聚变法规进行补充和调整。四是建立和运营聚变研究基础设施,支持建设和扩展基于仿星器的聚变、激光聚变以及中子源获取的基础设施和技术演示器。五是设立聚变协调办公室,为专业界提供最新资助信息,加强学术界、产业界、社会和政府之间的交流,支持实现“德国造聚变电厂”目标。六是加强科普和宣传,持续提升公众对聚变技术的兴趣和理解。七是与价值观相同的国际伙伴开展聚变国际合作,积极参与“欧洲共同利益重大项目”创新核技术中的聚变能子项。八是由七个联邦州共同组成聚变能联盟,协调聚变活动、集中研究和开发能力并相互支持。九是加强青年人才培养,通过“聚变新秀”青年人才竞赛、“聚变专业人才”资助计划、“聚变奖”等方式,加强教育培训以及学生和专业人才网络建设。
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量子技术路线图
量子技术利用量子力学原理实现卓越的计算、测量和通信性能,能够解决传统系统力不能及的问题。预计到2040年,量子技术全球市场潜力将达到1300亿~2600亿欧元,仅德国企业的潜在市场规模就可达150亿欧元。量子技术的应用将对人们的生活产生多方面积极影响,创造高质量就业。
(一)战略目标和关键里程碑
德国在量子技术领域的发展目标是使德国成为量子技术开发和应用领先国家,这需要通过量子计算、量子传感、量子通信和专业人才四个方面的子目标实现。路线图设定四个子目标的实施里程碑,主要内容如表2所示。
表2 量子技术四大子目标及关键里程碑
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子目标 |
关键里程碑 |
完成时间 |
主要参与主体 |
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量子计算 |
组建由学术界和产业界组成的量子计算机实现联盟,通过竞赛进一步发展三大最具前景的量子计算平台(离子阱、中性原子、超导),在欧盟“从实验室到工厂”网络中建立至少三条测试线。 |
2026年第四季度 |
马普学会、弗朗霍夫协会、亥姆霍兹联合会、高校、部委研究机构、初创企业(系统集成商)、中小企业(赋能技术) |
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产出首个逻辑量子比特,至少两家量子计算初创企业进入规模化阶段 |
2028年 |
马普学会、弗朗霍夫协会、亥姆霍兹联合会、高校、初创企业(系统集成商)、中小企业(赋能技术)、风险资本 |
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为至少三个数据中心配备量子计算机;完成国际顶尖水平的量子计算软件栈,并集成至数据中心 |
2030年 |
超级计算中心、德国及欧洲量子计算供应商、量子软件公司、弗朗霍夫协会、研究小组 |
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使用逻辑量子比特执行简单计算操作 |
2030年 |
马普学会、弗朗霍夫协会、亥姆霍兹联合会、高校、初创企业(系统集成商)、中小企业(赋能技术) |
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在德国至少两个实际应用领域中展示量子优势 |
2032年 |
马普学会、弗朗霍夫协会、亥姆霍兹联合会、高校、部委研究机构、初创企业(系统集成商)、应用企业、超级计算中心 |
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量子传感 |
建立至少两个量子传感技术转移中心,应用重点为生命科学、环境监测、大地测量学、航空航天和工业领域 |
2027年 |
马普学会、弗朗霍夫协会、亥姆霍兹联合会、高校、部委研究机构、开发和应用企业 |
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量子传感系统满足早期疾病识别或早期治疗评估、卫星技术、导航和环境监测应用的技术要求 |
2029—2031年 |
马普学会、弗朗霍夫协会、亥姆霍兹联合会、高校、部委研究机构、大学诊所、高校 |
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至少六个项目在实际应用案例中展示量子优势 |
2032年 |
马普学会、弗朗霍夫协会、亥姆霍兹联合会、高校、部委研究机构、开发和应用企业 |
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量子通信 |
第二颗用于量子通信的QUBE研究卫星投入运行 |
2026年 |
联邦研究、技术与航天部QUBE倡议 |
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启动QuNET倡议 |
2026年 |
联邦研究、技术与航天部QuNET联盟 |
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首次演示量子中继器技术,实现远距离地面量子通信的关键要素 |
2028年 |
联邦研究、技术与航天部QR.N联盟 |
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建成量子信息网络 |
2030年 |
联邦研究、技术与航天部等 |
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专业人才 |
实施“量子未来”计划建立量子青年人才网络 |
2028年 |
联邦研究、技术与航天部 |
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创建面向未来专业人才全生命周期培训与继续教育理念 |
2029年 |
网络和教育机构 |
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在高校设立25个新的量子技术教席,支持青年科学家 |
2030年 |
高校、各州部委、联邦研究、技术与航天部 |
(二)重点举措和保障
为实现技术路线图的里程碑,目前德国已采取一系列重点举措,包括:一是在量子计算方面,开展量子计算竞赛并建立技术转移中心,以开发建造两台容错量子计算机并投入实际应用的有关方法。在欧盟“芯片联合体”框架内,建立六条测试线,用于制造量子芯片。二是在量子传感方面,建立量子传感器转移中心,开展量子传感挑战赛,产学合作开发量子传感器应用,与联邦颠覆性创新局合作开展技术探索和应用研究。三是在量子通信方面,通过设立QUBE、QuNET和QR.N等相关倡议,完善德国量子通信创新生态系统,并将其与欧洲及国际伙伴相关研究和技术转移有效对接。四是在专业人才方面,资助针对研究人员整个职业生涯的量子技术培训和继续教育。五是在标准制定方面,加强德国相关主体对国家、欧洲和国际量子规范和标准化进程的参与。
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