防止中國(guó)超車，美國(guó)投入15億美金發(fā)展量子計(jì)算

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量子電腦（Quantum computer）之所以那么重要，是因?yàn)樗鼡碛斜瘸?jí)電腦更快的運(yùn)算速度，可以幫助人類在短時(shí)間內(nèi)完成一般電腦需花上數(shù)十年才能解決的問題，無論是在材料科學(xué)、物理、化學(xué)甚至是人工智慧（AI）的研究上，都能成為非常高效的輔助工具，「這是一場(chǎng)我們必須贏的比賽?！梗?It‘s a race we must win.）也難怪美國(guó)議員拉馬爾·S·史密斯（Lamar Smith）會(huì)這么說。

展望量子世代，其實(shí)美國(guó)是非常害怕中國(guó)跟歐洲國(guó)家的挑戰(zhàn)，認(rèn)為如果美國(guó)現(xiàn)在不采取統(tǒng)一戰(zhàn)略，那么在量子領(lǐng)域就有被其他國(guó)家超越、甚至取代的風(fēng)險(xiǎn)，「量子資訊科學(xué)代表資訊世代的下一個(gè)前緣技術(shù)?！拐?yàn)槿绱?，美?guó)能源部今年九月宣布拿出2.18億美元投入量子資訊科學(xué)研究，美國(guó)國(guó)會(huì)甚至通過了法案，要投入13億美元資助美國(guó)公司，確保美國(guó)在科學(xué)研究上的領(lǐng)先地位，還打算從小學(xué)就開始培育量子人才。

撒大錢補(bǔ)助，在量子領(lǐng)域美國(guó)“必須贏”

美國(guó)投入量子領(lǐng)域研究多元，目前由能源部（DOE）、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)化研究院（NIST）三個(gè)政府部門負(fù)責(zé)主要的研究，今年（2018）美國(guó)政府在白宮舉辦一場(chǎng)量子峰會(huì)，當(dāng)天包括摩根大通、高盛、IBM、Alphabet 、美國(guó)航太制造廠商Lockheed Martin，甚至是五角大廈和國(guó)土安全部門等科技、財(cái)經(jīng)、政府巨頭全都應(yīng)邀出席。

為了在中國(guó)日益強(qiáng)大的態(tài)勢(shì)下取得「量子電腦競(jìng)賽」優(yōu)勢(shì)，當(dāng)天美國(guó)能源部宣布拿出2.18億美元，用來支持包括量子電腦軟硬件、量子運(yùn)算、量子新材料合成等科學(xué)研究，除了確保美國(guó)在新技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)地位，同時(shí)也希望開創(chuàng)出更多核心的技術(shù)；美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)則宣布拿出3100萬(wàn)美元，用來推動(dòng)量子通訊技術(shù)研究。

美國(guó)議員拉馬爾·S·史密斯（Lamar Smith）會(huì)說出美國(guó)在量子領(lǐng)域「必須贏」，正是意識(shí)到這是一場(chǎng)不能輸?shù)母?jìng)賽，正因?yàn)槿绱?，美?guó)國(guó)會(huì)在今年9月13日，通過一個(gè)量子電腦法案，具體內(nèi)容是要在2023年前投入13億美元（約合新臺(tái)幣400億元）資金，來資助美國(guó)公司確保美國(guó)在科學(xué)上的統(tǒng)治地位，該法案獲得美國(guó)兩黨議員的支持。

美國(guó)政府之所以在量子峰會(huì)中邀請(qǐng)這么多業(yè)界的大咖，就是希望透過民間與官方機(jī)構(gòu)的合作，來加速量子科學(xué)商業(yè)化的腳步。

這次應(yīng)邀出席量子峰會(huì)的公司都在量子領(lǐng)域投入不少努力，像是今年三月Google量子AI 實(shí)驗(yàn)室（Google Quantum AI lab）公布了具備72量子位元（qubit）的處理器「Bristlecone」、IBM宣布研發(fā)出全世界第一臺(tái)50量子位元（qubit）的量子電腦、Intel也有代號(hào)為「Tangle Lake」的49量子位元（qubit）的超導(dǎo)測(cè)試芯片。

美國(guó)當(dāng)局之所以動(dòng)作頻頻，是因?yàn)殡m然當(dāng)局在量子領(lǐng)域投入研究多年，但學(xué)術(shù)界的人大多缺乏系統(tǒng)工程和產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，而民間企業(yè)的量子人才相當(dāng)有限，美國(guó)政府才會(huì)在量子峰會(huì)中邀請(qǐng)這么多業(yè)界的大咖，就是希望透過民間與官方機(jī)構(gòu)的合作，來加速量子科學(xué)商業(yè)化的腳步。

確保技術(shù)領(lǐng)先，打算從小學(xué)就開始投入量子教育

「這是一場(chǎng)我們必須贏的比賽?！挂獙?shí)現(xiàn)非贏不可的理想，政府光撒錢當(dāng)然是不夠的，在量子峰會(huì)當(dāng)天，白宮國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)（NSTC）還發(fā)布了一份「量子資訊科學(xué)國(guó)家戰(zhàn)略概述」，白宮國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)今年六月才成立，主要負(fù)責(zé)聯(lián)邦政府的量子資訊科學(xué)研發(fā)活動(dòng)，確保美國(guó)在「下個(gè)世代的運(yùn)算革命」中不會(huì)失去全球領(lǐng)導(dǎo)地位。

在量子峰會(huì)當(dāng)天，白宮國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)（NSTC）還發(fā)布了一份「量子資訊科學(xué)國(guó)家戰(zhàn)略概述」

在這份戰(zhàn)略概述中，強(qiáng)調(diào)量子科學(xué)能夠幫助美國(guó)改善工業(yè)基礎(chǔ)、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)，甚至強(qiáng)化經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國(guó)家安全，并將量子研究分為量子感測(cè)、量子運(yùn)算、量子網(wǎng)絡(luò)、量子硬件等四大研究基礎(chǔ)，同時(shí)提出了六大政策建議：

1、采取科學(xué)優(yōu)先策略

2、培養(yǎng)量子科學(xué)未來人才

3、深化與量子產(chǎn)業(yè)合作

4、創(chuàng)造關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施

5、維護(hù)國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)

6、增加國(guó)際合作

更進(jìn)一步具體來說，希望能夠有財(cái)團(tuán)能夠優(yōu)先考慮支持量子技術(shù)研究，且必須盡早解決量子人才問題，甚至計(jì)劃在小國(guó)、國(guó)中、高中投入量子科學(xué)教育，并加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)之間的緊密合作。

美國(guó)火力全開，就是擔(dān)心中國(guó)超車

目前在量子領(lǐng)域投入比較多資源的分別是中國(guó)、美國(guó)、歐洲，根據(jù)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》引用麥肯錫數(shù)據(jù)來看，2015年美國(guó)、歐洲和中國(guó)分別在量子領(lǐng)域中，投入3.6億歐元、5.5億歐元和2.2億歐元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，而全球研發(fā)總支出更高達(dá)15億歐元。

2015年美國(guó)、歐洲和中國(guó)分別在量子領(lǐng)域中，投入3.6億歐元、5.5億歐元和2.2億歐元的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，而全球研發(fā)總支出更高達(dá)15億歐元。

若再以專利申請(qǐng)數(shù)量來看，美國(guó)和中國(guó)分別位居前兩名，其中中國(guó)在量子加密技術(shù)（Quantum cryptography）上更是大幅超越美國(guó)高居第一，而有趣的是，美國(guó)的專利申請(qǐng)?jiān)?005年前后到達(dá)了高峰，之后數(shù)量卻大幅縮減，而中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量從2010年開始大量成長(zhǎng)，這就是為什么美國(guó)有很多人擔(dān)心中國(guó)量子技術(shù)超越美國(guó)。

有趣的是，美國(guó)的專利申請(qǐng)?jiān)?005年前后到達(dá)了高峰，之后數(shù)量大幅縮減，而中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量從2010年開始大量成長(zhǎng)。

舉例來說，中國(guó)在2016 年8 月發(fā)射量子衛(wèi)星「墨子號(hào)」，任務(wù)之一就是從衛(wèi)星向地面發(fā)射糾纏量子，由于量子通訊的安全性是基于量子物理的基本原理，而非一般的加密技術(shù)，因此若能有所進(jìn)展，將能從根本解決資訊安全問題，避免駭客攻擊和竊聽。2017年中國(guó)研究人員表示，「墨子號(hào)」順利從太空傳送「無法破解的」高速量子密鑰，被稱為「中國(guó)量子之父」的物理學(xué)家潘建偉表示，量子密鑰分發(fā)是目前人類唯一已知不可竊聽、不可破譯的安全通訊方式。

這樣的場(chǎng)景似乎似曾相似，過去美國(guó)就是沒有在人工智慧（AI）領(lǐng)域把握先發(fā)優(yōu)勢(shì)，過去這幾年中國(guó)從政府到民間傾全力發(fā)展AI，晉升為幾乎能跟美國(guó)平起平坐的AI強(qiáng)國(guó)。不過就量子領(lǐng)域來說，中國(guó)的核心材料、研究平均品質(zhì)、技術(shù)轉(zhuǎn)化等方面還是比較落后的，且相較于美國(guó)，在量子領(lǐng)域的新創(chuàng)公司數(shù)量也比較少、創(chuàng)新能力也比較弱。

雖然，距離量子電腦能夠從實(shí)驗(yàn)室走向真正大規(guī)模商業(yè)化還有一大段路，從美國(guó)積極撒錢、制定策略的積極態(tài)勢(shì)來看，量子大戰(zhàn)在未來只會(huì)越來越熱鬧。