近日，美国众议院科学、空间和技术委员会召开题为“美国在量子技术中的领导地位”的听证会，聚焦美国在量子信息科学领域国际竞赛中所处的地位。科学、空间和技术委员会成员和6位证人（3位是来自政府部门的科学家，3位是来自学术界和工业界的代表）都担心美国可能落后于迅速增加量子研发投资的国家和地区，如中国、欧洲和加拿大等，并有代表呼吁应发起“国家量子计划”。
马里兰大学的物理学教授、IonQ公司的联合创始人Christopher Monroe代表“国家光子学计划”发表了证词，提出了发起“国家量子计划”（National Quantum Initiative，NQI）的建议。
Monroe指出，量子研究转化为市场上可用的量子技术受到几个挑战的影响：①量子研究界与产业工程界之间不协调，量子研究界不设计或制造产品，而产业工程界在量子科学方面没有相当规模的劳动力。②小公司创新者与其尚未开发的市场之间不协调。③支持量子设备的传统技术生态系统尚未开发，因为量子技术尚未大批量应用。④传统设备制造商通常没有开发针对量子系统的产品的专业技术。国家量子计划的总体目标是弥补这些能力和市场空白，加速量子信息技术的开发和部署，同时推动美国在这一重要领域继续发挥领导作用。
国家量子计划将聚焦三大支柱领域：量子传感，光子量子通信网络，量子计算机。
1、量子增强型传感器
先进的电子和光子传感器将被开发和部署，灵敏度达到基本量子噪声水平，并且在一些情况下，使用定制的光和物质的量子态可以达到低于这些本底噪声或实现空间的分布式传感器。例如，通过重力的探测来实现对地表下材料成分（洞穴、矿产、地下基础设施）的遥感和成像，生物医学成像中近端磁场的感测，GPS缺失环境中的绝对导航，以及用于导航和通信的便携式原子钟网络。
2、光子量子通信网络
与在基于光纤的互联网中的使用类似，光是远距离量子信息通信的理想选择。在空间分离的系统之间的光子量子信道可以利用量子物理定律来确保信息的安全性，或以新的方式为通信协议分配信息。例如建立量子纠缠节点的光纤网络用于通信，包括远程安全访问集中式量子计算机、远程成像和多方量子通信。
3、量子计算机
量子计算机具有很大的希望可以解决传统计算机难以解决的问题。量子算法除了可用于信息解密外，还可以加速对非结构化数据库的搜索，或优化用于从物流到自主导航的机器学习和模式识别中的复杂函数。量子计算机也可以用来模拟新材料、生物分子过程或复杂经济模型的复杂功能。
国家量子计划将建立4个量子创新实验室来解决特定技术及其潜在的应用，如超导电路量子计算、囚禁离子量子计算、基于硅的量子计算，以及使用光接口和互连的平台之间的集成。量子创新实验室的工业参与是国家量子计划的关键组成部分，这需要在以下3个关键领域给予特别考虑。
1、嵌入行业工程师
行业工程师将嵌入实验室，并由其母公司或通过NQI资助。这将为量子信息技术行业的参与者提供在各种量子平台与专家一起工作的机会，同时让实验室将系统工程方法展示给产品开发人员。
2、直接资助行业量子团队
与量子创新实验室相关的量子硬件开发的行业团体可通过与实验室本身密切合作获得直接资助，也可通过有针对性的小企业创新研究（SBIR）或小企业技术转让（STTR）项目获得资助。
3、知识产权
量子创新实验室将成为美国量子技术知识产权的孵化器。知识产权共享和保密协议将进行谈判，以便行业参与者不必公开现有的内部知识产权组织。在实验室自己创造的知识产权将在所有实体（包括多个行业参与者）之间共享，同时尊重发明者。
国家量子计划的预算在第一个五年期（第一阶段）为5亿美元，每年向4个量子创新实验室资助2500万-3500万美元。在第一阶段之后，国家量子计划将在量子传感器、量子通信系统和量子计算机的性能方面取得显著进步，并有一些系统转化为商业产品。在第二阶段（6年及以后），国家量子计划将致力于实验室开发的硬件和软件的新科学技术应用，同时也积极推进新技术平台。
（作者黄龙光单位：中国科学院科技战略咨询研究院）
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