全球量子争霸赛白热化：欧洲抢跑，美国拟立法推动国家级计划
近日，美国众议院科学、太空和技术委员会披露了一项法案，拟推动“国家量子计划”项目。
量子技术是当前世界上最具颠覆性的前沿技术之一，已经成为世界主要国家进行高新技术竞争的重要领域。
目前该项法案尚待国会批准。而除了美国，此前英国、欧盟都相继推出过国家战略层面的量子计划，谷歌等大型科技巨头也先后加入百亿美元量子计算市场的角逐。
量子是现代物理的重要概念，最早由德国物理学家普朗克在1900年提出。
通俗地讲，量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元，分子、原子、光子等微观粒子都是量子的表现形态。
量子通过叠加和纠缠等特性催生了量子探测、量子通信、量子计算等技术应用领域。而量子技术有望成为未来各国竞争的制高点。
对此，美国或将推出为期10年的计划，加大对量子信息科技的投资，建设科技人才通道，加强政府内部协调及政府与业界、学界间的资源共享。
法案提出，2019到2023财年授权美国国家标准与技术研究院、美国国家科学基金会和美国能源部获得12.75亿美元预算，用于开展量子信息科技研究。其中，美国国家标准与技术研究院负责制定量子技术发展所需标准，美国国家科学基金会支持人力资源建设，美能源部将成立5个“量子信息科研中心”，加速科技成果突破。
法案还建议成立国家量子协调办公室，对接政府机构与学术界、产业界，推动相关技术的早期应用。
美国科学院院士、马里兰大学物理学家克里斯·门罗作为开发量子计算机的公司创始人之一，曾表示：“美国是唯一没有在这一领域做出重大决定的大国。”
从去年6月起，包括门罗在内的一小部分学者、公司高管和说客发布了一份白皮书，呼吁制订国家量子计划，他们在今年4月发布了一份计划蓝图。去年10月，众议院科学委员会举行了以此为主题的听证会，并计划在本月晚些时候发布一项在蓝图基础上经过广泛意见征求的法案。
支持者认为，美国需要更好的计划才能获得量子研究的潜在成果，并与全球竞争对手保持同步。
科学委员会主席拉马尔·史密斯日前在一份有关该法案的声明中表示：“我们必须确保美国不落后于推动量子计划的其他国家。”
国家量子计划建议研究中心侧重三个领域：开发用于生物医学、导航和其他应用的超精密量子传感器；防黑客量子通信；量子计算机。但具体的研究重点，可能要留给联邦政府、新的白宫量子领导小组以及外部咨询小组共同决策。
美国国家标准与技术研究院院长沃尔特科·潘说，长期以来，作为领导者的美国正面临量子领域的全球竞争。“这相当于当年的太空竞争，应该将联邦资源集中起来，如果做好了，对美国来说意义非凡”。
事实上，在美国拟推出量子计划之前，欧洲国家早已开始了行动。
早在2013年，英国政府就宣布将在此后5年内投资2.7亿英镑，加速量子技术的商业化进程。2015年，英国发布了《英国量子技术路线图》。2016年，《量子技术：时代机会》报告认为，人类正处在第二次量子革命的前夜，选定了原子钟、量子成像、量子传感器和测量、量子计算和模拟以及量子通信作为五大重点研发领域。
英国政府首席科学顾问马克·沃尔帕特表示，这些领域“具有生产新产品和服务的潜力与价值”。
2016年4月，欧盟提出了量子计划，作为云计算的一部分，被列入欧盟委员会当时的10年10亿欧元计划中。德国乌尔姆和斯图加特大学综合量子科学与技术中心物理学家Tommaso Calarco 认为，量子技术计划将会不同于传统项目的封闭模式，量子计划项目将全程保持开放，这将有助于保持高水平的学术竞争，并能更灵活地资助最优秀的研究人员。他希望开放的量子项目能鼓励成员国投资，从而争取到更多的研发经费。
欧盟量子计划将包括支持更容易市场化的系统，比如量子通讯网络、超灵敏的照相机、能帮助设计新材料的量子模拟器等。同时，它也将关注长期项目，比如通用量子计算机以及手机用高精度传感器等。
自欧盟量子计划推出以来，匈牙利，奥地利和德国也纷纷宣布了各自的国家量子技术计划。
目前欧盟量子计划面临的一个问题是英国脱欧。作为欧洲最强大的量子技术研究体之一，Calarco指出，英国是少数几个国家量子技术计划中有工业界公司参与研究的国家。
英国政府承诺为现有的欧盟量子项目提供资金，这至少意味着早期投资将得到保证。不过，下一轮融资应该会在退欧谈判的很久之后才会被考虑。
除了国家层面的量子计划外，大型科技巨头也已开始在量子计算领域发展布局。
据摩根士丹利报告显示，未来十年，量子计算机将改变许多产业，预估高端的量子计算市场到2025年达到百亿美元规模。微软、IBM、Google近年来陆续展示相关技术，希望达到“量子霸权”的目标。
“量子霸权”，是加州理工学院物理学家 John Preskill 发明的词。通俗的解读是，超级计算机目前的计算能力相当于拥有 5 到 20 个量子位的量子计算机，但当量子芯片的量子位达到约 49 个以上时，量子计算机的能力会彻底地将超级计算机甩在身后。
传统计算机只能按照时间顺序一个个地解决问题，而量子计算机可以同时解决多个问题。超高速的运行能力，使得量子计算机得以在如人工智能、分子模拟、密码学、金融建模、天气预报、粒子物理学有广阔应用前景。
2017年底，IBM宣布研发出50量子比特的量子计算原型机。
今年初，谷歌展示了最新研制的72量子比特量子处理器“狐尾松”，并称利用量子纠错对其进行了优化。
微软则专注于拓扑量子计算，认为这一路径不易受“噪声”影响。去年，科学家宣布发现马约拉纳费米子的存在证据，微软希望它能成为一种更稳定的量子信息编码方式，计划利用这种费米子制备稳定的量子比特。
英特尔也同时进行超导量子计算和硅量子点研发，在2018年美国拉斯维加斯消费电子展（CES）上发布了具有49量子比特的超导量子测试芯片。
IBM负责量子战略和生态的副总裁罗伯特·苏托尔认为，“量子霸权”这一概念本身并不具有太大意义，怎样利用量子计算机帮助人类解决金融、物流、医药等行业实实在在的问题，才是量子计算真正的发展方向。
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