量子新发展：“国家量子计划法案”再授权(翻译) 20230817.docx

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1、量子不能成为常态:国家量子倡议再授权问题照片：VCGVCGGetty图像SujaiShiVakUmar、Char1esWeSSner和ThOmaSHowe11的报告2023年8月16日出版量子技术正处于一个转折点一一从研究和开发到实际的商业和军事应用。正如荷兰量子伞式组织QUantUnIDe1taN1的联合创始人弗里克海杰曼(FreekeHeijman)所言：“鉴于量子技术的潜力有坚实的科学基础，问题不在于是否会发生，而在于何时发生。”美国的政策也可能处于拐点。鉴于这种过渡将会发生，美国是否采取必要措施，确保它带头进行？这个问题不可能更及时，特别是鉴于国家量子倡议法案即将重新授权。为了解决这个

2、潜在的转折点，本文确定了政府、学术界和行业现在应该解决的政策和行动。从科学到应用尽管量子计算提供了巨大的商业机会，但它给政策带来了新的挑战。首先，这项技术没有得到广泛的理解。量子计算和量子通信是以量子理论原理为基础的计算领域，它试图在原子和亚原子水平上解释物质和能量的性质。然而，由于人们对量子计算的科学基础缺乏广泛的了解，一些倡导者称赞量子计算是一种引人注目的技术突破，而另一些倡导者则贬低2023/8/17量子不能成为常态:国家量子倡议再授权问题量子计算是一种过度现象，正在助长又一个投资泡沫。对量子计算的最初怀疑可能反映了这样一个事实，即它是基于一些深奥的、难以理解的概念。为了清楚起见，下文定

3、义了一些关键概念。 “叠加”是指量子系统在多态同时存在的能力。 Qubits”是使用叠加以两种状态（0或1）对信息进行编码的计算单元，但与经典位或开关不同，量子位还可以是。的叠加，物理量子位可以由不同类型的介质制成，包括超导体、俘获离子和光子光处理器。随着量子位的增加，量子计算机的计算能力以指数方式增加（相对于基于二进制的计算机）O “纠缠”是指“系统中的两个或多个量子物体可以内在地联系在一起，从而一个物体的测量决定了另一个物体可能的测量结果”，而不管两个物体在物理空间中相距多远。这种现象有望实现完全安全的通信，例如卫星和地面站之间的通信。 “去相干”是指叠加和纠缠的退化，随着时间的推移，由于

4、量子位与环境相互作用，包括温度变化和其他因素，这种退化会发生。反相干可能是量子技术实际应用的主要技术障碍。虽然量子概念对许多人来说仍然是违反直觉的，但它们在整个二十世纪得到了验证。2023年10月，有三名科学家2023/8/17量子不能成为常态：国家量子倡议再授权问题由于他们在叠加和量子物理学方面的实验工作，获得了诺贝尔物理学奖，这“为量子技术的新时代奠定了基础”，包括量子计算和通信。用于新应用的支架量子信息科学(QIS)令人震惊的实际应用，包括其潜在的军事和情报优势，才刚刚开始变得明显，但有些已经引起了全世界的决策者和企业的注意，在某些情况下也引起了他们的警觉。值得注意的是，专家们担心复杂的

5、量子计算机可以解密存储在加密系统上的信息。2023年5月，拜登政府的国家安全备忘录警告说，“一个足够大和复杂的量子计算机可能危害民用和军事通信，破坏关键基础设施的监督和控制系统，破坏大多数基于因特网的金融交易的安全协议。”将量子概念应用于传感器一一这是原子钟的基础，并在其他应用中接近实施一一可以提高军事情报、监视和侦察(ISR)的效力，从而改进潜艇探测，探测隐藏的地下结构、部队集中和核武器。超灵敏的量子加速度计可用于GPS不可用的导航，例如水下、地下或GPS系统失效的场八口。一些观察家认为，量子技术将使机器学习(A1的一个分支学科)取得显著进展，从而导致更准确和更有效的自主武器系统。基于量子的

6、通信系统可使安全通信不受对手的秘密拦截，因为拦截会破坏消息，并可能揭示拦截器的存在。量子信息科学(QIS)可以用来模拟材料的性质以及模拟核和粒子物理学，这些模拟的商业潜力正在被开发。例如，梅赛德斯-奔驰集团(MerCedeS-BenZGrOUP)正在与IBM合作，以确定量子信息科学(QIS)如何模拟新材料一一这一发展可能导致2023/8/17量子不能成为常态:国家量子倡议再授权问题更有效的汽车电池。此外，生物医学科学家正在研究量子计算如何帮助他们在生物学的许多领域应用算法和机器学习，如蛋白质设计和分子生物学。这些应用程序可能只是开始。2023年10月，荷兰的一个研究小组披露，他们在芯片上放置了

7、创纪录数量的（6个）硅自旋量子位，这一壮举表明，像半导体芯片那样大规模生产量子位可能是可能的。新兴的竞争景观为体现量子的多方面潜力，美国和国外的私营部门正在作出重大承诺，开发商业相关产品和工艺，往往得到政府的大力支持。AWSGoog1eHoneywe11（通过其在QUantinUUnI中的控股权）、IBM、思科系统、微软和其他总部设在美国的大型信息技术公司正在建造量子计算机和组件。IBM于2023年11月推出433量子位芯片，并计划在2023年推出1,121量子位设备，超过200,000个IBM客户已经在使用该公司的量子设备。美国并不孤单。据报道，中国的百度推出了一款基于超导技术的10量子计算

8、机，而中国的OriginQuantum公司将其24量子位的无源计算机卖给了一个未公开的买家。反映量子的多方面潜力的私营部门美国和国外正在作出重大承诺，开发商业相关产品和工艺，往往得到政府的大力支持。世界各地的许多初创企业和中小型公司也在投资开发设备、组件、软件和材料，以支持生产各种基于Q1S的产品。一些量子计算公司现在公开上市，包括1onQ、QuantumComputing,Inc.D-WaVe和Rigetti。总部设在美国的ZyVeX1abS最近宣布开发一种非常精确的光刻系统，用于制造量子芯片，产生比目前用于半导体工厂的深紫外和极紫外系统更小的线宽。与此同时，澳大利亚的Si1eXSyStem

9、S公司于2023年启动了一个试点设施，以展示支持量子位制造的超纯硅芯片的生产。法国初创公司QUanteIa将在政府CEA-1eti研究所的支持下，从2023年开始生产光子芯片，用于量子信息科学（QIS）领域。大型信息技术公司正在与专门从事量子信息科学(QIS)的初创企业和小型公司合作，将主要参与者的资源与小型公司的创新结合起来。本着这种精神，德国的InfineOn公司与英国公司OXford1oniCS公司合作，开发用于量子位栅极操作的微波控制。霍尼韦尔与2014年成立的英国量子软件公司剑桥量子(CambridgeQUantUm)合作，组建QUantinUnb目前有370名科学家和工程师在开发量

10、子信息科学(Q1S)技术。2023年10月，Quantinuum宣布与日本三井公司结盟。有限公司。合作向日本和东亚提供量子计算。大公司也在传统信息技术领域之外寻求量子信息科学的机会。2023年，汇丰(HSBe)与IBM(IBM)合作，探索金融服务领域的量子计算应用。据报道，高盛(GoIdmanSaChS)正在开发量子优化算法，根据特定类型的股票和债券固有的风险对资产定价。据报道，空客有200多名员工调查量子信息科学(Q1S)的应用。2023年8月，空客与量子计算公司1onQ签署了一项协议，探索量子信息科学(QIS)在航空航天领域的应用，包括燃料效率和货物装载等主题。关于空间应用，欧洲航天局(欧

11、空局)宣布了一项计划，计划由20家公司组成的一个财团在2024年发射一颗量子卫星，利用基于量子密钥分配(QKD)技术的地对空通信，交换仅在共享方之间已知的加密密钥。新加坡航天公司SPeQtraIT计划与欧洲公司Tha1es合作，在新加坡空间技术和工业办公室的支持下，于2024年发射一颗基于QKD的卫星。理查德2023/8/17量子不能成为常态：国家量子倡议再授权问题布兰森的VirginOrbit计划从2023年开始与英国ArqitQUantUm公司合作发射五颗量子密钥分配(QKD)卫星。支持量子技术发展和部署的国家和区域方案虽然量子计算起源于美国(物理学家理查德费曼(RichardFeynma

12、n)和数学家彼得肖尔(PeterShor)等人的作品)，但并不能保证美国将在这一潜在的革命性技术领域领导世界。美国政府在这一领域的项目仍然主要侧重于研究，而其他国家的政府则更加重视创建和支持基于量子的产业、流程和商业产品。特别是享有深厚的科学能力的欧洲，似乎正在迅速取得进展。2018年，欧盟发起了量子技术旗舰计划，承诺出资10亿欧元支持欧洲数百名量子研究人员。此外，根据欧洲高性能计算联合承诺，欧盟委员会(EC)计划于2023年完全基于欧洲技术建造最先进的实验性量子计算机，位于欧洲六个中心，供工业界和学术界使用。2019年发起的欧洲量子通信基础设施倡议进一步促使所有欧盟成员国承诺建立一个涵盖整个

13、欧洲联盟的量子通信基础设施，一些行业财团正在开展这项工作的各个方面。美国政府在这一领域的项目仍然主要侧重于研究，而其他国家的政府则更加重视创建和支持基于量子的产业、流程和商业产品。在国家一级，德国政府认捐20亿欧元，以支持2023年的量子技术的发展。其中，教育和研究部(BMBF)将在2025年之前管理约11亿欧元，在德国建设具有竞争力的量子计算机，并为潜在用户创造一个“相关生态系统”。据报道，德国经济事务和气候行动部(BMWK)将提供7.4亿欧元支持各种量子计算项目，包括建造量子计算项目2023/8/17量子不能成为常态:国家量子倡议再授权问题云计算服务。与此同时，德国一些主要公司(包括大众、

14、英飞凌、巴斯夫、默克、宝马等)成立了一个财团，即量子技术和应用联盟(QUTAC),将量子计算提高到大规模工业应用的水平。英国政府已经承诺，根据新的“量子计划”(P1anforQuantum),未来10年将花费25亿英镑，这比国家量子技术计划(Nationa1QuantumTechno1ogiesProgran1)中已经分配给量子计算的10亿英镑增加了一倍多。牛津郡近乎完整的国家量子计算中心将在新计划中发挥关键作用，该计划还将在全国各地设立分布式研究中心。值得注意的是，据报道，中国已经投入150亿美元用于量子技术的公共投资一一超过了世界其他国家政府的总和，尽管这个数字可能有些高估。无论如何，中国

15、庞大的推广工作已经见证了多种基于超导技术的量子计算原型的开发，包括卓冲子2.1,一台66量子位的机器，于2023年投入运行，据中国政府消息人士称，它能够执行大规模随机量子电路采样，比当时运行最快的超级计算机快约IOOO万倍。还有报道称，中国研究机构正在利用低轨和中轨至高轨的卫星开发一个量子通信网络。2023年3月，日本瑞肯研究所(RikenResearchInStitUte)获得了公共资金的支持，使该国首台国产量子计算机可用于研究。据报道，一台100量子位的量子计算机将在2025年准备就绪，富士通与里肯合作，希望在2026年推出一台IOOO量子位的量子计算机。2023年，日本一些大公司，包括日

16、立、丰田和NTT,成立了量子战略工业革命联盟(Q-STAR),以探索量子技术的新应用。除其他主题外，Q-STAR正与日本物流公司合作创建量子软件，该软件可以根据成本、车辆类型和行驶时间确定最佳运输选项。以色列创新管理局(InnoVatiOnA11thOrity)正向五家以色列公司提供3,300万美元，用于开发两个量子处理器一一一个基于超导技术，一个基于离子阱技术一一体积数十量子位。五家公司2023/8/17量子不能成为常态：国家量子倡议再授权问题财团是创新管理局历史上最大的单一项目。总之，世界其他国家认为，在充满挑战的地缘政治背景下，掌握这项技术对其未来的经济前景和国家安全至关重要。美国的回应美国政府没有停止活动。1990年代中期，美国国家标准与技术研究院(NIST)和国防部(DOD)就量子信