缺钱！12亿的美国「国家量子计划」将重新授权？

光子盒研究院

随着2018年耗资12亿美元的美国国家量子计划法案的更新，众议院科学委员会就如何扩大国家量子计划对政府、学术界和工业界研发的支持举行了听证会——并将与中国的竞争考虑在内。

“证人(witness)”今天警告众议院科学委员会说，美国和中国在量子技术方面不相上下。官员和专家认为，如果美国要获得优势，华盛顿应该加强国家量子计划对仍在努力获得实验设备的学术研究人员，和仍在努力获得投资者的初创公司的支持。

量子计算对一系列国家安全应用都有影响：这包括快速破解传统加密到建立超精确的传感器和导航系统。但是，尽管美国政府多年来一直在“玩弄”这项技术，但没有人能够准确地说它离实际应用有多远。

白宫科技政策办公室（OSTP）国家量子协调办公室主任Charles Tahan说：“我们不知道量子计算机何时以及以何种规模开始真正发挥作用。这可能是未来五年的事，也可能比这更长。”
这并不意味着这项技术被忽视了。自2018年通过《国家量子倡议法》以来，联邦对量子研究的资助大约增加了一倍：从2019年的4亿多美元增加到拜登政府要求的2023财年的8亿多美元(由于债务协议，今年的最终预算数字仍在变化之中）。私营部门已经投资了大约60亿美元——这是联邦政府的三倍之多。但中国的投资可能更多，而且中国的专利和出版物的生产已经飙升。
前能源部副部长Paul Dabbar说：“事实上，中国在实际建造概念、验证技术方面可以说是领先的：2016年发射了一颗量子通信卫星、2017年在北京和上海之间建立了660英里的连接。北京希望未来的量子计算机可以创造不可破解的加密。”然而，他也表示，“当涉及到纠缠以及量子数据和网络的高端分布时，美国是迄今为止的领导者。”
然而，风险资本对私营部门的量子公司越来越冷淡，因为量子公司必须将尖端技术转化为实际产品。由2018年国家量子倡议法案创建的公共-私营量子经济发展联盟的执行董事Celia Merzbacher在会议上说：“虽然投资继续增加，但增加的速度已经放缓。”
“现在有越来越多的小型纯量子公司，（但）没有大的量子公司，（而且）风险投资似乎正在放缓。因此在这个时候，政府采取措施为技术缓解风险、并为未来的量子经济搭桥，真的很重要。”
OSTP的Tahan表示，学术研究同样也面临着实际资源的限制。他和其他专家解释说，“长期以来，我们可以在没有实际量子计算机的情况下进行有意义的量子研究、通过使用传统的数字计算机来模拟量子比特系统。但现在，研究人员已经开始建造更好的量子计算机，这些计算机太强大了、甚至无法进行模拟。”他说：“这意味着弄清楚最新硬件能做什么的唯一方法是实际尝试。”
Tahan说：“研究人员才刚刚开始，我们无法在我们的笔记本电脑甚至是超级计算机上模拟这种数量的量子比特。因此，我们应该如何让研究人员获得这些工具？而这些工具有时甚至可能需要花费300-500万美元？”
——一个潜在的解决方案是建立一个“量子代工厂”，建立量子测试平台、最好通过长距离云计算网络让全国各地的研究人员使用。“但是，”Tahan也表示，“目前的联邦资金集中在纯研究上，而不是补贴这种基本的研发基础设施。”
当然，众议院科学委员会（它首先发起了国家量子计算的立法）一一接受了这些论点。在这里，一些国会议员也对量子技术离现实有多远发出了警告。

加利福尼亚州众议员Jay Obernolte说：“我们在一些事情上达成了激烈的共识。首先，NQI应该被重新授权；其次，我们需要更多的人和更多的钱。”
然而，Obernolte继续说，“我们面临的问题是，量子计算技术的大多数潜在应用在很大程度上仍然是理论上的。IBM有一个芯片，上面有433个量子比特，这很好......但我们仍然需要数百万、甚至数千万个量子比特，来解决传统计算机无法解决的那种计算问题。（而且）我们仍然有一些技术问题需要解决，比如退相干问题。在这个过程中，量子比特失去了使它们能够同时进行多种计算的量子模糊性，开始表现得像日常、确定性的粒子。”
幸运的是，OSTP的Tahan回答说，在退相干方面已经取得了巨大的进展。“20年前，当我开始工作时，一个最好的量子比特的（相干）时间是一纳秒。现在，费米实验室和其他机构的人正在使（它）达到100微秒、甚至一毫秒。同样，能够在单个量子设备中一起工作的量子比特的数量已经从少数几个飙升到数百个。”
这离可用的军事或商业产品还有多远？Tahan承认：“我们还没有在这些东西上运行的应用程序来做任何有用的事情。”他说，对于某些应用，“我们确切地知道实用需要多少个量子比特：估计大约是几十万到几千万。”
另一方面，Dabbar说，如果在“混合”计算机中使用量子比特作为CPU和GPU等传统芯片的补充，就可以用数量小得多的量子比特过关。他认为，这是能源部高性能计算项目的下一个迭代方向。“异构高性能计算机......实际上是今天可能被设计成下一个高性能计算机的东西。”

在此之前，美国国家量子计划咨询委员会（NQAIC）曾发布了一份报告，包含了他们的调查结果。他们发现，在过去五年，美国提高了量子技术开发能力，但科学、工程和系统集成还有许多挑战需要解决，以实现量子技术的优势。在报告中，他们提出了九项关键建议：
1）美国应该更新NQI，并延长它的十年授权，以支持美国的量子信息科学、技术和工程建设。
2）美国应扩大NQI，以增加对量子信息科学与工程基础研究的支持。
3）新的联邦计划应有助于资助行业主导的合作关系，开发和推进用于任务级和商业级技术的扩展，集成量子系统。对于为此类计划提供资金的新机制，应根据需要定义和授权。
4）各机构应扩大对中小型基础设施建设的投资，以支持联邦政府资助的研究，包括人员、设备、维护和运营成本，以确保设施满足QIST项目的需求。
5）国际合作声明将吸引更多的合作伙伴，美国政府应提供新的专项资金，确保参与国之间的合作活动富有成效。
6.国家必须同时加快QIST的进展，并保护量子技术免受恶意侵害。
7）美国政府应努力加强国内外合作，促进合作的多样化，保护QIST供应链。随着QIST的发展，降低风险和保护国际供应链的措施应不断更新。
8）应通过各级教育和培训计划来扩展QIST的国内人才。
9）通过修订移民政策和流程，在美国QIST劳动力中加快引进外国人才，从而提高美国的经济竞争力和国家安全。
参考链接：[1]https://www.quantum.gov/[2]https://breakingdefense.com/2023/06/expand-national-quantum-initiative-to-keep-up-with-china-say-officials-experts-legislators/[3]https://mp.weixin.qq.com/s/onkw0gg-zu5dmzZADVEyMA[4]https://www.quantum.gov/wp-content/uploads/2023/06/NQIAC-Report-Renewing-the-National-Quantum-Initiative.pdf

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