在圣诞节前几天，美国总统唐纳德特朗普签署了一项法案，将在未来10年里内投入超过12亿美元用于发展量子信息科学。《国家量子倡议法》（National Quantum Initiative Act）代表了美国两党政府在发展量子计算、量子加密和量子通信等技术方面与中国和其他国家保全同步的努力。这些技术都有也许突破世界经济和军事力量的平稳。

量子計算因其有朝一日有也许破解保護政府和企業機密的現代計算機算法而受到特別關注。但是對量子科學的投資也也许帶來突破性進展，有助于鞏固美國的技術領導地位和國家安全——或者如果另一個國家第一開發出某種量子技術，則會减弱美國的領導地位和國家安全。值得注重的是，中國一直特別重視投資量子科學，以此作爲繞過美國擁有的傳統技術優勢的一種方法。

位于华盛顿的新美国安全中心（CNAS）的兼职研究员Elsa Kania在最近的一次新闻发布会上说：“很明显，中国正在使用它所认为的历史性机遇，不仅要赶上美国，同时要超越美国。”

但Kania解釋說，這更像是一場馬拉松而非短跑。美國國家科學院、工程院和醫學院在最近的一份報告中也承認了這一點，認爲制造出實用的通用量子計算機還需要10年以上的時間。工程師們還必須弄清楚如何構建出由脆弱的量子位構成的更大的、能在足夠長的時間內保全穩定以執行有用的計算的陣列。

不過，無論量子計就是否能夠不負人們的熱烈期待，它對國家安全和技術領導地位的也许影響已經促使美國和中國采取行動。

量子通信和量子加密的進步可以産生理論上不可破解的網絡。量子雷達和傳感技術可以揭露隱形飛機和水下潛艇的位置。量子導航可以提供精確的地理定位能力，而無需依賴基于空間的GPS。這些影響會遠遠超越量子計算的影響。

去年9月，Kania与美国国土安全部的John Costello协同撰写了一份CNAS报告，其中列举了在国家支持下中国的科研人员对这些量子技术所做的许多研究工作。

中國的國家抱負實現巨大飛躍

Kania說，中國對量子技術的興趣與中國對美國在其境內的情報能力和監視活動的擔憂是紧密相關的。中國國家主席習近平在2018年1月的新年致辭中強調了量子技術的戰略重要性，甚至特別提到了中國在量子計算方面取得的成功。

根據CNAS的報告，中國的科學家和工程師被描述爲量子馬拉松的“相對後來者”，在發展量子科學和技術方面他們最近獲得了“幾乎無限的資源”。盡管缺少有關中國爲此類努力提供的國家資助的詳細信，但Kania和Costello估計“最近和目前的資助金額將達到數十億美元。”

這種由國家支持的資助已經轉化爲一系列被廣泛報道的中國研究裏程碑。2016年8月，中國發射了世界上第一顆量子衛星，它作爲空間與地球量子通信鏈路的測試平台使用。中國還在2016年完成了一條用于地基量子網絡的連接北京和上海的2000公裏的光纖骨幹網。

中國研究人員繼續展示了幾項值得注重的早期工作，包括在2017年使用他們的衛星來測試量子加密，並爲通信中涉及的量子位之間的糾纏創造了距離記錄。

對中國國家戰略的另一瞥來自量子雷達領域。2016年9月，中國研究人員報告了在開發量子雷達方面的一項新紀錄，他們所開發的量子雷達在探測100公裏以外的目標時提高了准確度——據報道，其可探測的距離是一個國際團隊在2015年開發的實驗室原型的5倍。中國研究人員表达，他們的下一個版本的量子雷達將能夠探測隱形轟炸機，並有也许追蹤彈道導彈。

芝加哥大学的自旋电子学和量子信息土地的传授David Awschalom说：“中国差不多开启了一个极其雄心勃勃的计划，欧洲、英国、澳大利亚和加拿大也是如此。 所有这些国家都有国家级计划，因此现在美国也是时候如此做了。”

美國裝配量子積木

Awschalom說，其他地点的研究人員有時很難評估中國國家量子科技計劃的成就。但是美國的國家級計劃可以幫助美國在量子技術發展的所有領域保全競爭力。例如，量子通信和傳感應用也许在未來五年內成爲現實。

在这方面，美国差不多结束建立中等距离的量子加密和通信网络。一个值得注重的例子是连接阿贡国家实验室和费米国家加速器实验室的那条48公里的量子网络。这两个国家实验室与芝加哥大学协同建立了由Awschalom指导的芝加哥量子交换（Chicago Quantum Exchange）合作项目。

去年12月，美国参众两院在两党支持下通过了《国家量子倡议法案》（National Quantum Initiative Act）。尽管围绕政府预算问题的更广泛政治斗争给该法案蒙上了阴影，但该法案仍有也许进一步推动美国在发展量子技术上的努力。

美國國家量子倡議要求包括美國國家宇航局和國家標准與技術研究所在內的各個政府機構爲量子科學與技術制定發展路線圖。但這項計劃絕不僅僅是政府主導的努力。Awschalom將該倡議描述爲是在美國工業界和學術界的支持下精心設計的。

這項國家計劃還賦予美國國家科學基金會和美國能源部任務，它們各要建立兩個至五個致力于量子信息科學基礎研究和教育的中心。 

沖出實驗室

Awschalom表达，讓公司的研究人員參與進來，幫助將實驗室的發現和原型轉化爲商業中文产品和服務，這一點特别重要。他曾在IBM工作過，他觀察到矽谷最近對量子計算和相關技術的興趣，爲公司支持的基礎研究工作帶來了健康的複興。

“IBM、Intel、Google和Microsoft——這四家要紧的技術公司都在以深入而有意義的方法積極參與量子信息科學的發展。”Awschalom說。

發展人才對于任何從事量子研究的國家基本上至關重要的。根據CNAS的報告，美國的國家級量子科技計劃也许有助于確保“一貫和基本的資金水平”，從而吸引和留住領先的研究人員。

該報告還建議美國國家科學基金會建立獎學金計劃，其承諾服務于鼓勵學生從事量子科學領域的職業。它同樣也建議建立一個美國國家量子科學和技術實驗室，通過資助長期研究項目來促進公私合作。

“我們的本科生和研究生不應該都期望進入學術界——他們應該遍布全國的實驗室和公司。”Awschalom說。“我自己的很多學生都在IBM和Google工作，他們很喜歡他們的工作。”