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| 本文作者： 付靜 | 2020-02-21 18:49 |
一直以來，美國政府都希望能在量子信息科學（QIS）領(lǐng)域發(fā)揮領(lǐng)導作用，從而釋放本國經(jīng)濟增長、技術(shù)進步和國家安全的巨大潛力。
近日，白宮發(fā)布了一份由國家量子協(xié)調(diào)辦公室（NQCO）撰寫的文件《美國量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略構(gòu)想》（A Strategic Vision for America's Quantum Networks），提出美國將匯聚聯(lián)邦機構(gòu)、學術(shù)界和業(yè)界領(lǐng)袖的科研力量，促進量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，確保量子信息科學惠及大眾。
美國將開辟量子互聯(lián)網(wǎng)
文件提到：
1969 年國防部高級研究計劃局（DARPA）演示了首個計算機網(wǎng)絡(luò) ARPANET，推動了后來的互聯(lián)網(wǎng)誕生。那時候我們都沒想到，它會成為未來推動經(jīng)濟增長、提高生活質(zhì)量的最強引擎。
因此，美國聯(lián)邦政府希望如同當年一樣，在推動早期量子信息科學研究、引導國家研發(fā)活動時發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
根據(jù)文件，美國將探索如何構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)——一個由量子計算機和其他量子設(shè)備組成的龐大網(wǎng)絡(luò)，從而催生新技術(shù)、加速互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展、提高通信安全性，并在計算方面取得巨大進步。同時，通過在量子網(wǎng)絡(luò)方面走在世界前列，美國將改革國家和金融安全、患者隱私、藥物發(fā)現(xiàn)以及新材料的設(shè)計和制造，同時提高人類對宇宙的科學認識。
具體來講，戰(zhàn)略構(gòu)想中提出了兩個目標（原文見下圖）：
未來 5 年，美國企業(yè)、實驗室將展示實現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)科學和關(guān)鍵技術(shù)，從量子互連、量子中繼器、量子存儲器、高通量量子信道，以及洲際天基糾纏分布。同時，為保證商業(yè)、科學、衛(wèi)生和國家安全利益，將查明這類系統(tǒng)的潛在影響和改進應(yīng)用；
未來 20 年，量子互聯(lián)網(wǎng)鏈路將利用網(wǎng)絡(luò)化量子設(shè)備，實現(xiàn)經(jīng)典技術(shù)無法實現(xiàn)的新功能，并增進對糾纏作用的理解。
同時，戰(zhàn)略構(gòu)想也建議開展下列 6 個項目：
開發(fā)關(guān)鍵部件的技術(shù)和平臺，包括經(jīng)典源、量子受限探測器、超低損耗互連、空對地連接、經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議以及規(guī)模成本；
將量子源和信號從光學和電信波段轉(zhuǎn)移到量子計算機相關(guān)波段（包括微波）；
產(chǎn)生糾纏和超糾纏態(tài)，傳輸、控制和測量量子態(tài)；
開發(fā)與基于光學或電信波長的光子基量子位兼容的量子存儲器和小規(guī)模量子計算機；
探索小規(guī)模和大規(guī)模量子處理器之間遠程糾纏的新算法和應(yīng)用，包括量子糾錯、量子云計算協(xié)議和新的量子感測模態(tài)；
探索地面和天基糾纏分布技術(shù)。
雷鋒網(wǎng)了解到，近年來美國在量子信息科學領(lǐng)域動作頻頻。
2018 年 6 月，白宮國家科技委員會（NSTC）成立量子信息科學子委員會，協(xié)調(diào)聯(lián)邦政府關(guān)于量子信息科學的研發(fā)活動。
2018 年 9 月，量子信息科學子委員會在白宮峰會上發(fā)布《國家量子信息科學戰(zhàn)略概覽》，提出 6 點建議，包括量子信息科學教育應(yīng)從小學開始；同時，美國能源部宣布將成立多個國家級實驗室，并加大資金投入。
2018 年 10 月 26 日，美國初創(chuàng)公司 Quantum Xchange 表示，已接入沿美國東海岸運行的 500 英里光纖電纜，用以為美國創(chuàng)造首個州際、商用量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)——至此，美國第一個大型量子互聯(lián)網(wǎng)項目已初具雛形。
2018 年 12 月，美國總統(tǒng) Donald Trump 簽署了《國家量子倡議法案》（NQIA），該法案提出，將實施為期 10 年的“國家量子倡議項目”，旨在通過增加聯(lián)邦投資與協(xié)調(diào)，加快量子信息科學的研發(fā)，確保美國在量子信息科學技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)領(lǐng)先地位。
雷鋒網(wǎng)了解到，該法案的三大目標為——用量子技術(shù)開發(fā)新一代傳感器、制造量子計算機、建立全球量子通信系統(tǒng)。
而基于《國家量子倡議法案》，美國政府做出的舉措大致包括：
白宮成立國家量子協(xié)調(diào)辦公室，以便統(tǒng)一聯(lián)邦研發(fā)活動；
白宮成立國家量子倡議咨詢委員會，確保來自量子界的觀點為聯(lián)邦提供信息；
美國國家科學基金會（NSF）發(fā)布“量子躍遷挑戰(zhàn)研究所（QLCI）”計劃指南，探索基礎(chǔ)量子科學和技術(shù)；
美國能源部（DOE）為建立新的量子信息科學研究中心提供資金，能源部國家實驗室的研究人員與學術(shù)界、機構(gòu)（國家標準和技術(shù)研究所、國防部、國家安全局、宇航局等）、企業(yè)一起推進研發(fā)。
值得一提的是，近日發(fā)布的戰(zhàn)略構(gòu)想正是基于上述《國家量子倡議法案》，并由該法案的協(xié)調(diào)機構(gòu)、國家量子協(xié)調(diào)辦公室（NQCO）和國家科學和技術(shù)理事會量子信息科學小組委員會（SCQIS）共同制定，反映了此前對這一領(lǐng)域的深入投入——2018-2019 年的信息響應(yīng)請求以及聯(lián)邦機構(gòu)近期舉辦的研討會。
此外，2020 年 2 月 10 日，Donald Trump 在 2021 年度的政府財政預(yù)算提案中，也大幅削減了主要科學機構(gòu)的研發(fā)預(yù)算，希望將更多資金投入到人工智能和量子信息科學當中。因此，美國政府對量子信息科學發(fā)展的重視可見一斑。
1900 年，德國物理學家、量子力學之父普朗特（Max Planck）創(chuàng)立量子理論。而 100 多年后，量子互聯(lián)網(wǎng)（雷鋒網(wǎng)注：指一種基于量子力學原理建立起來的新型互聯(lián)網(wǎng)，可使絕對安全的網(wǎng)絡(luò)通信成為可能。由于對量子體的任何測量行為都是對量子體的一次修改，所以任何窺探量子信息的企圖都會留下馬腳。）方興未艾。
在中國，“量子之父”、中科院院士潘建偉的成績不少：
2016 年 11 月 5 日，潘建偉表示，中國計劃用 15 年左右構(gòu)建天地一體的有量子通信安全保障的未來互聯(lián)網(wǎng)，即量子互聯(lián)網(wǎng)；
2017 年 7 月，潘建偉及其中國科學技術(shù)大學的團隊稱，他們打破了量子隱形傳態(tài)的記錄，將一個光子的量子態(tài)傳輸?shù)骄嗟孛?1400公里的軌道衛(wèi)星上的光子上；
2017 年 9 月，潘建偉團隊利用上述衛(wèi)星向北京和維也納發(fā)射了光子，用來產(chǎn)生量子加密密鑰；
2020 年 1 月，潘建偉面對美國情報公司的污蔑，霸氣宣布：在光量子計算方面，我國已經(jīng)做到了相當于 48 個量子比特的結(jié)果，預(yù)計 2020 年能夠?qū)崿F(xiàn) 50 個光子相干操縱，也能夠達到所謂的“量子優(yōu)越性”（谷歌稱之為“量子霸權(quán)”）；
2020 年 2 月，潘建偉、包小輝團隊在實驗室中實現(xiàn)了長距離的量子糾纏，兩種實驗方案分別實現(xiàn)了 22 公里和 50 公里的量子糾纏，創(chuàng)造了世界紀錄。
而實際上，荷蘭也是量子互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)域的一大玩家——2018 年 6 月，由荷蘭代爾夫特理工大學和荷蘭應(yīng)用科學研究機構(gòu)（TNO）共同運作的 Intel 研發(fā)合作伙伴、量子科學頂尖學術(shù)機構(gòu) QuTech 成功使兩塊量子芯片產(chǎn)生量子糾纏。研究員開發(fā)了一組新型智能通信協(xié)議，可根據(jù)需要產(chǎn)生量子糾纏并提供保護。
基于此，當時不少人都認為荷蘭有望率先創(chuàng)建世界上首個量子互聯(lián)網(wǎng)。
綜合各國表現(xiàn)，可以看出白宮最新發(fā)布的《美國量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略構(gòu)想》無疑會使得全球量子互聯(lián)網(wǎng)競爭更加激烈。那么究竟誰會率先建成量子互聯(lián)網(wǎng)，我們拭目以待。
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