美學者認為：中美量子衛星競賽 美國或將落敗

中國「墨子」號量子通信衛星。

美國《華盛頓郵報》網站5月11日發表了加利福尼亞南部大學校長馬克斯·尼基亞斯的題為《這是自太空競賽以來最重要的技術競賽，但美國正落敗》的文章。

在蘇聯於1957年發射首顆人造衛星後，我們曾看到美國私營產業和學術研究方面的聯邦投資如何讓美國得以奮起直追，贏得太空競賽，並在幾十年中佔據軍事和技術優勢。毫無疑問，美國在冷戰中獲勝是因為它在科技方面的投入。

如今，衝突格局越來越受一系列新的因素推動，美國國家情報總監丹尼爾·科茨總結說，這是一場全球「爭奪技術優勢的競賽」。然而，我們最先進的技術仍然主要基於冷戰時代的發明。

量子技術的發展讓美國面臨新的「衛星時刻」。量子系統有望顛覆以前的一切。但又一次，美國需要奮起直追。

一項國家戰略將幫助我們實現上述目標，這項戰略要像美國曾在蘇聯發射人造衛星之後著手實施的國家戰略那樣。沒錯，這件事的重要性就是那麼高，甚至更高。

眾所周知，量子科學很難掌握，但其重要性在於，利用量子物理學，它能夠以可能十分有力的新方式操控原子和亞原子粒子。例如，當今計算機的速度和能力受限於執行其功能的晶體管。這是因為，簡單來說，晶體管就是通斷開關，控制著電子在計算機中的流動(通常以0和1或「比特」來表示)。

但量子計算有望依靠量子物理的特點提供一種克服這種局限的辦法。具體地說，量子計算機中的比特可以同時處在多個狀態，能夠在遙遠距離外瞬間相互影響，並且能同時充當粒子和波。這些新的比特被稱作量子比特，它們帶來了以比傳統計算機快得多的速度處理數據的潛力。

這種技術帶來了巨大的希望。它可以讓我們之間的溝通變得比以往任何時候都更快、更準確並且更安全，這不僅將應對未來的安全挑戰，而且將為包括密碼破譯、網路安全和氣候模型構建在內的一切帶來徹底變革，並開闢醫學和材料科學的新領域。

不管誰先獲得這項技術，都將有能力令傳統防禦系統和電網陷於癱瘓，並操控全球經濟。阻止這種行為的最可靠辦法就是贏得這場競賽。

然而，很多人懷疑中國已經取得領先。儘管中國的投資總額不明，但中國政府正斥資100億美元建設一個400萬平方英尺(約合37萬平方米——本報注)的量子信息科學國家實驗室，該實驗室將在兩年後啟用。

「墨子號」衛星進行量子通信效果圖。

中國已經將「墨子號」衛星送入軌道。利用量子通信技術，這顆衛星2017年成功從太空發送了「不可破譯」的密碼。

相較於中國的投資，截至2016年，美國的量子技術研究每年受到的政府資助僅有3億美元。

1958年，也就是蘇聯人造衛星的發射令美國震驚並促使其採取行動的第二年，以今天的美元計算，美國國家航空航天局獲得的最初年度預算不到8億美元。到1962年，在美國再次居於第二(這一次是在載人航天競賽中)之後，該局的預算增加至逾100億美元。美國從此一往無前。

如果在量子技術競賽中出現類似的失敗，這將難以克服。要想居於領先地位，美國需要立即投入資金，支持量子加密、量子計算和量子通信等領域的進展。

一些領域的研究已在進行，但還不深入。美國國家科學基金會將量子技術列為十大想法之一，並在安全通信研究方面投入了數百萬美元。國家情報總監辦公室下屬的美國情報高級研究計劃署前不久選中了我所在的加利福尼亞南部大學，讓它來領導一個由多家機構組成的聯合團隊，負責建造和測試100量子比特的量子機器。目前正在使用的最大量子計算機是由谷歌公司建造的。

其他機構也正在這一領域取得重要突破，包括哈佛大學和馬里蘭大學。但如果我們的國家像20世紀中葉對待航天和防務那樣重視量子研究，這些努力將只是一個分水嶺。

像那時一樣，學術界、政府和私營部門之間的重要夥伴關係可以打造我們在量子時代取得領導地位所需的人力資本。

但如果我們不採取適當的行動，那麼在一個由技術驅動的世界中，美國的優勢地位將無法持久。

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