QC觀察∣保持美國量子計算第一應避免五大錯誤

國會提出的兩個獨立立法將增加聯邦政府在量子研究方面的支出，並鼓勵在該領域建立更多的公私合作關係。立法提案的其中一個重點是量子計算，這可以使當今最強大的超級計算機看起來像一個算盤。

與以0或1代表比特數據的傳統機器不同，量子計算機利用量子比特可同時代表兩個值。雖然在傳統計算機中添加一些額外的比特會使其性能略有不同，但增加量子比特使量子計算機的計算能力呈指數增長。

該技術雖仍處於起步階段，但其發展速度卻非常快。未來，量子技術可以幫助研究人員開發新材料，創造新的藥物分子，並為石油勘探等生產出超強的感測器。該技術對國家安全也有重大影響。量子計算機可以幫助破解當前最先進的加密技術，並且可以創建幾乎不可破解的新型通信網路。

其他國家和地區已經宣布了為量子活動提供資金的計劃。歐盟啟動了一項多年的量子計劃。該計劃的投資額約為12億美元。另外，中國將投資100億美元在合肥建立一個量子信息科學的國家實驗室，預計將於2020年啟用。

美國的量子研究經費每年將增加約2億美元至2.5億美元。由於IBM和谷歌等大型公司以及Rigetti Computing和IonQ等創業公司的支持和努力，使美國在量子技術的諸多領域都處於領先地位。根據Patinformatics的數據顯示，美國在量子計算領域擁有800多項專利，是中國的四倍多。

然而，隨著中國在量子技術領域的快速發展，尤其是量子通信方面。中國已經展示了使用特殊衛星在北京和維也納之間進行量子保密視頻通話。量子密碼學也正在迅速發展。Patinformatics的數據顯示，2014年，中國在量子密碼學方面的專利已超過了美國。雖然這並不一定意味著中國的技術更好，但這無疑表明了中國的發展速度。

量子雙重器

美國政界人士一直在制定有關量子計算的立法。最近，加利福尼亞民主党參議員卡馬拉·哈里斯(Kamala Harris)提出了名為「量子計算研究法案」的草案，要求美國海軍和陸軍的研究負責人在量子項目方面建立公私研究聯盟。這將持續到2024年，並將獲得美國聯邦政府的資金支持。

另一項法案是由眾議院科學、空間和技術委員會共和黨主席拉馬爾·史密斯(Lamar Smith)制定。「國家量子倡議法」的草案尚未公布，但史密斯已在一次新聞發布會上發表了相關的綱要。此外，該法案將授權美國能源部成立大量的研究中心，使物理學家、工程師和軟體專家可以針對特定的項目一起開展研究工作。

這些法案和其它相關舉措需要融合到美國的總體規劃中。如果決策者希望該計劃取得成功，那麼決策者則需要避免以下錯誤：

第一，由軍方負責。哈里斯的法案旨在使國防部長作為量子計劃的總負責人，並與白宮科技政策辦公室協調。這肯定會導致對量子密碼學和通信等領域的關注過於狹窄。這些都很重要，國家計劃應該反映這一點。鑒於他們在量子技術方面的長期經驗，軍事和情報領域應該有很多投入，但他們不應該指定整體的戰略。

第二，對獲得資助的內容過於規範。量子技術發展得如此之快。因此，任何國家的舉措都需要靈活。隨著領域的發展，資源將不得不轉移到不同的項目中。哈里斯和史密斯計劃都可能為此留下合理的迴旋餘地，這是令人鼓舞的。

第三，量子人才培養的投資不足。推動量子人才的培養應該是美國的重中之重，因為這個領域的人才匱乏問題仍十分嚴重，而不僅僅是構建量子機器。馬里蘭大學教授兼IonQ的創始人之一克里斯托弗·門羅(Christopher Monroe)稱，「聘請可以編譯軟體的量子開發人員真的很困難。據史密斯稱，他的法案將授權國家科學基金會成立研究中心，並開設課程，從而幫助培養量子人才。然而，哈里斯的法案卻根本沒有提到教育。

第四，用於發展量子技術的投資過多。包括Rigetti和Monroe在內的一批學者和高管在今年早些時候發表了一份文件，呼籲在最初的五年期間提供8億美元的總預算，用於研究工作和培養量子人才。這幾乎將現有的年度聯邦投資翻番。

哈里斯的法案和史密斯的新聞發言稿里都沒有提到具體金額。但眾議院的一位委員助手表示，其目前的想法包括對NSF每年資助5000萬美元，未來五年對能源部的中心每年資助1.25億美元，兩者加起來大概是學者和商業領袖建議的數額。史密斯計劃每年額外花費8000萬美元用於國家標準與技術研究院在量子標準制定和其它問題上的工作，總投資額達到近13億美元。

第五，「美國第一」被誤認為「僅限美國」。美國沒有壟斷量子計算的專業知識，因此任何計劃都必須鼓勵與其它國際中心（如加拿大、澳大利亞和歐洲）開展國際合作，以及與中國在非敏感領域開展合作。目前，美國人民可能並不熱衷於中國或加拿大，但這不應該成為阻止在這個重要領域開展合作的理由。美國需要一個國家量子計算計劃，但它也需要一個全球思維模式才能真正實現美國量子第一。

本文由量子計算最前沿基於相關資料原創編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

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