新领域中的新对抗：中美量子科技发展竞赛全面启动

中国与美国都将量子技术视为推动国家安全与经济进步的关键所在。

就在圣诞节之前几天，美国总统唐纳德-特朗普签署了一项法案，计划在未来十年之内投入超过12亿美元用于在国家层面推动量子信息科学的发展。这项《国家量子倡议法案》代表着美国政府之内的两党代表已经达成共识，将与中国以及其它国家保持同步，积极开发量子计算、量子加密以及量子通信等技术——而这一切，都有可能在不久的将来给整个世界的经济与军事力量平衡带来彻底颠覆。

量子计算之所以受到广泛关注，主要是由于其有朝一日或将彻底破解当前用于保护各国政府以及企业内机密的现代计算机加密算法。此外，在量子科学领域加大投入力度将有望带来重大突破，从而巩固美国的技术领先地位与国家安全水平；而如果未能加以充分关注，那么一旦其它国家率先摘得量子科技的胜利果实，美国的技术地位与国家安全则可能面临严重威胁。值得注意的是，中国特别重视量子科学领域的投入，并以此作为绕过美国长期以来享有的传统技术优势的有效途径之一。

华盛顿特区新美国安全中心（简称CNAS）兼职研究员Elsa Kania在最近的一次新闻发布会上指出，“很明显，中国正在努力抓住这一重要的历史性机遇。其不仅希望借此赶上美国，更有意超越美国。”

“中国已经启动了一项极具野心的发展计划，欧洲、英国、澳大利亚与加拿大也已经有所行动。” —David Awschalom，芝加哥大学

但Kania同时解释称，量子科技的研究更像是一场马拉松而非短道冲刺。美国国家科学、工程与医学院在最近发表的一份报告中也承认了这一点，表示通用型量子计算机还需要十多年时间才有可能真正出现。工程师们目前仍在努力弄清该如何构建起规模更大的、由低稳定性量子位构成的阵列，并确保这些量子位能够在足够长的时间周期内保持稳定以执行具备实际意义的计算任务。

但无论量子计算最终是否能够实现如今宣传炒作中的假设，其对国家安全与技术领导地位带来的巨大潜在影响，都迫使美国与中国必须采取行动。

这些影响的意义已经远远超出了量子计算本身。量子通信与密码学层面的进步有望带来理论上不可能被攻破的网络。量子雷达与传感机制则可能快速发现隐形飞机与水下潜艇的位置。此外，量子导航能够全面摆脱对太空GPS卫星的依赖，同时提供精确的地理定位功能。

Kania在去年9月与美国国土安全部的John Costello共同撰写的CNAQS报告当中，阐述了中国国内对于多个量子技术研究项目的支持情况。

中国在量子科技领域表现出勃勃野心

Kania表示，中国对于量子科技的兴趣，也使得美方愈发担心中国有可能获得在本国境内对美国开展情报收集与监控活动的能力。中国领导人习近平在2018年1月的新年致辞当中强调了量子技术的重要战略意义，甚至同时提到了一系列中国在量子计算领域取得的成果。

量子雷达与传感机制可能快速发现隐形飞机与水下潜艇的位置。

这种由国家级资金支持下的项目，已经转化为一系列广为人知的中国量子科研里程碑。2016年8月，中国发射了世界上第一颗量子通信卫星，其作为太空与地球之间量子通信链路的测试平台。此外，中国还于2016年完成了一条长达2000公里的光纤骨干网的架设工作，这条主网将作为地基量子网络将北京与上海连接起来。

中国的研究人员们随后还展示了几项值得关注的早期发展成果，意味着他们正在利用卫星测试量子加密能力，并开始在2017年的通信当中尝试通过量子位之间的纠缠态设定距离记录。

中国国家战略的另一大现实体现，落地于量子雷达科研领域。2016年9月，中国研究人员报告一项量子雷达的开发新纪录，其能够在检测100公里以外目标时带来更高的准确度——根据报道，这一检测范围水平已经达到2015年国际科研团队开发出的实验室原型的五倍。中方研究人员们表示，他们下一版本的量子雷达将能够探测到隐形轰炸机，甚至有望追踪弹道导弹。

芝加哥大学自旋电子学与量子信息学教授David Awschalom指出，“中国已经启动了一项极具野心的发展计划，欧洲、英国、澳大利亚与加拿大也已经有所行动。所有这些都拥有对应的国家级计划，因此美国现在是时候同样投身于这场竞赛了。”

美国组装量子构建组件

对于别国的研究人员而言，他们往往很难准确评估中国国家量子科学与技术计划的当前水平。但可以肯定的是，美国的国家级计划完全有望在量子科技发展的各个领域帮助自身保持竞争优势。Awschalom举例称，美国的量子通信与传感应用有可能在未来五年之内成为现实。

在这方面，美国已经开始在中距离水平之上建立量子加密与通信网络。其中最值得关注的例子，在于长度为48公里、连接阿贡国家实验室与费米国家加速器实验室的量子网络。配合芝加哥大学的协助，两家国家实验室已经建立起由Awschalom负责领导的芝加哥量子交换体系。

“很明显，中国正在努力抓住这一重要的历史性机遇。其不仅希望借此赶上美国，更有意超越美国。”—Elsa Kania, CNAS

去年12月，美国众议院与参议院在两党的共同支持之下，共同出台了新的量子科研支持法案。考虑到两党长久以来一直就政府预算问题开展广泛的政治斗争，此次共识无疑意味着双方已经深刻意识到发展量子科技的重要性与紧迫性。

美国国家量子倡议将向各类政府机构——包括美国宇航局以及国家标准与技术研究所——提供资金，用于为量子科学及技术制定发展路线图。另外，这项工作不仅仅代表着政府层面的指导性推动，Awschalom表示倡议本身同时也是美国工业界与学术界精心设计之下的产物。

这项国家级计划还要求美国国家科学基金会与美国能源部各自建立两到五座专项中心，致力于实现量子信息科学基础研究以及相关教育等能力。

走出实验室环境

Awschalom强调称，邀请企业研究人员参与进来，从而帮助各实验室将其发现与原型设计转化为商业性产品与服务，同样是一项极为重要的工作。曾在IBM公司任职的他最近观察到，硅谷近年来对于量子计算以及相关技术的关注为企业层面的基础研究提供了健康的环境与有力支持。

Awschalom表示，“IBM、英特尔、谷歌以及微软——这四大科技巨头企业都在以深刻且极具现实意义的方式积极参与量子信息科学的探索。”

此外，对于任何国家来讲，培养人才对于量子科学的研究也都至关重要。根据CNAS报告所言，美国的国家级量子科学与技术计划有望建立“统一且具有基础性保障的资金水平”，从而吸引并留住主要研究人员。

这份报告还建议美国国家科学基金会建立对应的奖学金计划，从而鼓励更多学生从事与量子科学相关的职业。此外，报告还提议设立新的美国国家量子科学与技术实验室，从而促进私营-公共部门间的合作，并为长期研究项目提供资金。

Awschalom总结称，“我们的学生及研究生不应该全部集中在学术界——他们的身影应该遍布各个国家实验室与相关企业。我自己的很多学生都在IBM以及谷歌公司任职，他们也很喜欢这样的研究环境。”