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QC观察∣保持美国量子计算第一应避免五大错误

国会提出的两个独立立法将增加联邦政府在量子研究方面的支出,并鼓励在该领域建立更多的公私合作关系。立法提案的其中一个重点是量子计算,这可以使当今最强大的超级计算机看起来像一个算盘。

与以0或1代表比特数据的传统机器不同,量子计算机利用量子比特可同时代表两个值。虽然在传统计算机中添加一些额外的比特会使其性能略有不同,但增加量子比特使量子计算机的计算能力呈指数增长。

QC观察∣保持美国量子计算第一应避免五大错误

该技术虽仍处于起步阶段,但其发展速度却非常快。未来,量子技术可以帮助研究人员开发新材料,创造新的药物分子,并为石油勘探等生产出超强的传感器。该技术对国家安全也有重大影响。量子计算机可以帮助破解当前最先进的加密技术,并且可以创建几乎不可破解的新型通信网络。

其他国家和地区已经宣布了为量子活动提供资金的计划。欧盟启动了一项多年的量子计划。该计划的投资额约为12亿美元。另外,中国将投资100亿美元在合肥建立一个量子信息科学的国家实验室,预计将于2020年启用。

美国的量子研究经费每年将增加约2亿美元至2.5亿美元。由于IBM和谷歌等大型公司以及Rigetti Computing和IonQ等创业公司的支持和努力,使美国在量子技术的诸多领域都处于领先地位。根据Patinformatics的数据显示,美国在量子计算领域拥有800多项专利,是中国的四倍多。

然而,随着中国在量子技术领域的快速发展,尤其是量子通信方面。中国已经展示了使用特殊卫星在北京和维也纳之间进行量子保密视频通话。量子密码学也正在迅速发展。Patinformatics的数据显示,2014年,中国在量子密码学方面的专利已超过了美国。虽然这并不一定意味着中国的技术更好,但这无疑表明了中国的发展速度。

 

量子双重器
美国政界人士一直在制定有关量子计算的立法。最近,加利福尼亚民主党参议员卡马拉·哈里斯(Kamala Harris)提出了名为“量子计算研究法案”的草案,要求美国海军和陆军的研究负责人在量子项目方面建立公私研究联盟。这将持续到2024年,并将获得美国联邦政府的资金支持。另一项法案是由众议院科学、空间和技术委员会共和党主席拉马尔·史密斯(Lamar Smith)制定。“国家量子倡议法”的草案尚未公布,但史密斯已在一次新闻发布会上发表了相关的纲要。此外,该法案将授权美国能源部成立大量的研究中心,使物理学家、工程师和软件专家可以针对特定的项目一起开展研究工作。

这些法案和其它相关举措需要融合到美国的总体规划中。如果决策者希望该计划取得成功,那么决策者则需要避免以下错误:

第一,由军方负责。哈里斯的法案旨在使国防部长作为量子计划的总负责人,并与白宫科技政策办公室协调。这肯定会导致对量子密码学和通信等领域的关注过于狭窄。这些都很重要,国家计划应该反映这一点。鉴于他们在量子技术方面的长期经验,军事和情报领域应该有很多投入,但他们不应该指定整体的战略。第二,对获得资助的内容过于规范。量子技术发展得如此之快。因此,任何国家的举措都需要灵活。随着领域的发展,资源将不得不转移到不同的项目中。哈里斯和史密斯计划都可能为此留下合理的回旋余地,这是令人鼓舞的。

第三,量子人才培养的投资不足。推动量子人才的培养应该是美国的重中之重,因为这个领域的人才匮乏问题仍十分严重,而不仅仅是构建量子机器。马里兰大学教授兼IonQ的创始人之一克里斯托弗·门罗(Christopher Monroe)称,“聘请可以编译软件的量子开发人员真的很困难。据史密斯称,他的法案将授权国家科学基金会成立研究中心,并开设课程,从而帮助培养量子人才。然而,哈里斯的法案却根本没有提到教育。

第四,用于发展量子技术的投资过多。包括Rigetti和Monroe在内的一批学者和高管在今年早些时候发表了一份文件,呼吁在最初的五年期间提供8亿美元的总预算,用于研究工作和培养量子人才。这几乎将现有的年度联邦投资翻番。

哈里斯的法案和史密斯的新闻发言稿里都没有提到具体金额。但众议院的一位委员助手表示,其目前的想法包括对NSF每年资助5000万美元,未来五年对能源部的中心每年资助1.25亿美元,两者加起来大概是学者和商业领袖建议的数额。史密斯计划每年额外花费8000万美元用于国家标准与技术研究院在量子标准制定和其它问题上的工作,总投资额达到近13亿美元。
第五,“美国第一”被误认为“仅限美国”。美国没有垄断量子计算的专业知识,因此任何计划都必须鼓励与其它国际中心(如加拿大、澳大利亚和欧洲)开展国际合作,以及与中国在非敏感领域开展合作。目前,美国人民可能并不热衷于中国或加拿大,但这不应该成为阻止在这个重要领域开展合作的理由。美国需要一个国家量子计算计划,但它也需要一个全球思维模式才能真正实现美国量子第一。

 

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