中國(guó)與美國(guó)都將量子技術(shù)視為推動(dòng)國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的關(guān)鍵所在。

就在圣誕節(jié)之前幾天，美國(guó)總統(tǒng)唐納德-特朗普簽署了一項(xiàng)法案，計(jì)劃在未來(lái)十年之內(nèi)投入超過(guò)12億美元用于在國(guó)家層面推動(dòng)量子信息科學(xué)的發(fā)展。這項(xiàng)《國(guó)家量子倡議法案》代表著美國(guó)政府之內(nèi)的兩黨代表已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，將與中國(guó)以及其它國(guó)家保持同步，積極開(kāi)發(fā)量子計(jì)算、量子加密以及量子通信等技術(shù)——而這一切，都有可能在不久的將來(lái)給整個(gè)世界的經(jīng)濟(jì)與軍事力量平衡帶來(lái)徹底顛覆。

量子計(jì)算之所以受到廣泛關(guān)注，主要是由于其有朝一日或?qū)氐灼平猱?dāng)前用于保護(hù)各國(guó)政府以及企業(yè)內(nèi)機(jī)密的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)加密算法。此外，在量子科學(xué)領(lǐng)域加大投入力度將有望帶來(lái)重大突破，從而鞏固美國(guó)的技術(shù)領(lǐng)先地位與國(guó)家安全水平；而如果未能加以充分關(guān)注，那么一旦其它國(guó)家率先摘得量子科技的勝利果實(shí)，美國(guó)的技術(shù)地位與國(guó)家安全則可能面臨嚴(yán)重威脅。值得注意的是，中國(guó)特別重視量子科學(xué)領(lǐng)域的投入，并以此作為繞過(guò)美國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)享有的傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的有效途徑之一。

華盛頓特區(qū)新美國(guó)安全中心（簡(jiǎn)稱CNAS）兼職研究員Elsa Kania在最近的一次新聞發(fā)布會(huì)上指出，“很明顯，中國(guó)正在努力抓住這一重要的歷史性機(jī)遇。其不僅希望借此趕上美國(guó)，更有意超越美國(guó)?！?/p>

“中國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)極具野心的發(fā)展計(jì)劃，歐洲、英國(guó)、澳大利亞與加拿大也已經(jīng)有所行動(dòng)?！?—David Awschalom，芝加哥大學(xué)

但Kania同時(shí)解釋稱，量子科技的研究更像是一場(chǎng)馬拉松而非短道沖刺。美國(guó)國(guó)家科學(xué)、工程與醫(yī)學(xué)院在最近發(fā)表的一份報(bào)告中也承認(rèn)了這一點(diǎn)，表示通用型量子計(jì)算機(jī)還需要十多年時(shí)間才有可能真正出現(xiàn)。工程師們目前仍在努力弄清該如何構(gòu)建起規(guī)模更大的、由低穩(wěn)定性量子位構(gòu)成的陣列，并確保這些量子位能夠在足夠長(zhǎng)的時(shí)間周期內(nèi)保持穩(wěn)定以執(zhí)行具備實(shí)際意義的計(jì)算任務(wù)。

但無(wú)論量子計(jì)算最終是否能夠?qū)崿F(xiàn)如今宣傳炒作中的假設(shè)，其對(duì)國(guó)家安全與技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)地位帶來(lái)的巨大潛在影響，都迫使美國(guó)與中國(guó)必須采取行動(dòng)。

這些影響的意義已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了量子計(jì)算本身。量子通信與密碼學(xué)層面的進(jìn)步有望帶來(lái)理論上不可能被攻破的網(wǎng)絡(luò)。量子雷達(dá)與傳感機(jī)制則可能快速發(fā)現(xiàn)隱形飛機(jī)與水下潛艇的位置。此外，量子導(dǎo)航能夠全面擺脫對(duì)太空GPS衛(wèi)星的依賴，同時(shí)提供精確的地理定位功能。

Kania在去年9月與美國(guó)國(guó)土安全部的John Costello共同撰寫(xiě)的CNAQS報(bào)告當(dāng)中，闡述了中國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)于多個(gè)量子技術(shù)研究項(xiàng)目的支持情況。

中國(guó)在量子科技領(lǐng)域表現(xiàn)出勃勃野心

Kania表示，中國(guó)對(duì)于量子科技的興趣，也使得美方愈發(fā)擔(dān)心中國(guó)有可能獲得在本國(guó)境內(nèi)對(duì)美國(guó)開(kāi)展情報(bào)收集與監(jiān)控活動(dòng)的能力。中國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人習(xí)近平在2018年1月的新年致辭當(dāng)中強(qiáng)調(diào)了量子技術(shù)的重要戰(zhàn)略意義，甚至同時(shí)提到了一系列中國(guó)在量子計(jì)算領(lǐng)域取得的成果。

量子雷達(dá)與傳感機(jī)制可能快速發(fā)現(xiàn)隱形飛機(jī)與水下潛艇的位置。

這種由國(guó)家級(jí)資金支持下的項(xiàng)目，已經(jīng)轉(zhuǎn)化為一系列廣為人知的中國(guó)量子科研里程碑。2016年8月，中國(guó)發(fā)射了世界上第一顆量子通信衛(wèi)星，其作為太空與地球之間量子通信鏈路的測(cè)試平臺(tái)。此外，中國(guó)還于2016年完成了一條長(zhǎng)達(dá)2000公里的光纖骨干網(wǎng)的架設(shè)工作，這條主網(wǎng)將作為地基量子網(wǎng)絡(luò)將北京與上海連接起來(lái)。

中國(guó)的研究人員們隨后還展示了幾項(xiàng)值得關(guān)注的早期發(fā)展成果，意味著他們正在利用衛(wèi)星測(cè)試量子加密能力，并開(kāi)始在2017年的通信當(dāng)中嘗試通過(guò)量子位之間的糾纏態(tài)設(shè)定距離記錄。

中國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略的另一大現(xiàn)實(shí)體現(xiàn)，落地于量子雷達(dá)科研領(lǐng)域。2016年9月，中國(guó)研究人員報(bào)告一項(xiàng)量子雷達(dá)的開(kāi)發(fā)新紀(jì)錄，其能夠在檢測(cè)100公里以外目標(biāo)時(shí)帶來(lái)更高的準(zhǔn)確度——根據(jù)報(bào)道，這一檢測(cè)范圍水平已經(jīng)達(dá)到2015年國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出的實(shí)驗(yàn)室原型的五倍。中方研究人員們表示，他們下一版本的量子雷達(dá)將能夠探測(cè)到隱形轟炸機(jī)，甚至有望追蹤彈道導(dǎo)彈。

芝加哥大學(xué)自旋電子學(xué)與量子信息學(xué)教授David Awschalom指出，“中國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)了一項(xiàng)極具野心的發(fā)展計(jì)劃，歐洲、英國(guó)、澳大利亞與加拿大也已經(jīng)有所行動(dòng)。所有這些都擁有對(duì)應(yīng)的國(guó)家級(jí)計(jì)劃，因此美國(guó)現(xiàn)在是時(shí)候同樣投身于這場(chǎng)競(jìng)賽了。”

美國(guó)組裝量子構(gòu)建組件

對(duì)于別國(guó)的研究人員而言，他們往往很難準(zhǔn)確評(píng)估中國(guó)國(guó)家量子科學(xué)與技術(shù)計(jì)劃的當(dāng)前水平。但可以肯定的是，美國(guó)的國(guó)家級(jí)計(jì)劃完全有望在量子科技發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域幫助自身保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。Awschalom舉例稱，美國(guó)的量子通信與傳感應(yīng)用有可能在未來(lái)五年之內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)。

在這方面，美國(guó)已經(jīng)開(kāi)始在中距離水平之上建立量子加密與通信網(wǎng)絡(luò)。其中最值得關(guān)注的例子，在于長(zhǎng)度為48公里、連接阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的量子網(wǎng)絡(luò)。配合芝加哥大學(xué)的協(xié)助，兩家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)建立起由Awschalom負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)的芝加哥量子交換體系。

“很明顯，中國(guó)正在努力抓住這一重要的歷史性機(jī)遇。其不僅希望借此趕上美國(guó)，更有意超越美國(guó)。”—Elsa Kania, CNAS

去年12月，美國(guó)眾議院與參議院在兩黨的共同支持之下，共同出臺(tái)了新的量子科研支持法案?？紤]到兩黨長(zhǎng)久以來(lái)一直就政府預(yù)算問(wèn)題開(kāi)展廣泛的政治斗爭(zhēng)，此次共識(shí)無(wú)疑意味著雙方已經(jīng)深刻意識(shí)到發(fā)展量子科技的重要性與緊迫性。

美國(guó)國(guó)家量子倡議將向各類政府機(jī)構(gòu)——包括美國(guó)宇航局以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所——提供資金，用于為量子科學(xué)及技術(shù)制定發(fā)展路線圖。另外，這項(xiàng)工作不僅僅代表著政府層面的指導(dǎo)性推動(dòng)，Awschalom表示倡議本身同時(shí)也是美國(guó)工業(yè)界與學(xué)術(shù)界精心設(shè)計(jì)之下的產(chǎn)物。

這項(xiàng)國(guó)家級(jí)計(jì)劃還要求美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)與美國(guó)能源部各自建立兩到五座專項(xiàng)中心，致力于實(shí)現(xiàn)量子信息科學(xué)基礎(chǔ)研究以及相關(guān)教育等能力。

走出實(shí)驗(yàn)室環(huán)境

Awschalom強(qiáng)調(diào)稱，邀請(qǐng)企業(yè)研究人員參與進(jìn)來(lái)，從而幫助各實(shí)驗(yàn)室將其發(fā)現(xiàn)與原型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為商業(yè)性產(chǎn)品與服務(wù)，同樣是一項(xiàng)極為重要的工作。曾在IBM公司任職的他最近觀察到，硅谷近年來(lái)對(duì)于量子計(jì)算以及相關(guān)技術(shù)的關(guān)注為企業(yè)層面的基礎(chǔ)研究提供了健康的環(huán)境與有力支持。

Awschalom表示，“IBM、英特爾、谷歌以及微軟——這四大科技巨頭企業(yè)都在以深刻且極具現(xiàn)實(shí)意義的方式積極參與量子信息科學(xué)的探索?！?/p>

此外，對(duì)于任何國(guó)家來(lái)講，培養(yǎng)人才對(duì)于量子科學(xué)的研究也都至關(guān)重要。根據(jù)CNAS報(bào)告所言，美國(guó)的國(guó)家級(jí)量子科學(xué)與技術(shù)計(jì)劃有望建立“統(tǒng)一且具有基礎(chǔ)性保障的資金水平”，從而吸引并留住主要研究人員。

這份報(bào)告還建議美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)建立對(duì)應(yīng)的獎(jiǎng)學(xué)金計(jì)劃，從而鼓勵(lì)更多學(xué)生從事與量子科學(xué)相關(guān)的職業(yè)。此外，報(bào)告還提議設(shè)立新的美國(guó)國(guó)家量子科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，從而促進(jìn)私營(yíng)-公共部門(mén)間的合作，并為長(zhǎng)期研究項(xiàng)目提供資金。

Awschalom總結(jié)稱，“我們的學(xué)生及研究生不應(yīng)該全部集中在學(xué)術(shù)界——他們的身影應(yīng)該遍布各個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與相關(guān)企業(yè)。我自己的很多學(xué)生都在IBM以及谷歌公司任職，他們也很喜歡這樣的研究環(huán)境。”

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