美国力推世界首个量子互联网的启示

　　今年2月，美国特朗普政府向国会提交了2021财年预算申请，提出要加大对量子信息科学（QIS）等新兴科技领域的投资。此前，隶属于美国白宫科技政策办公室（OSTP）的“国家量子协调办公室”（NQCO）发布了《美国量子网络的战略愿景》，针对开发“世界首个量子互联网”提出具体建议。赛迪智库世界工业研究所认为，美国量子网络发展战略对我国在该领域制定相关政策具有一定的借鉴意义。

　　美国致力于开发

　　“世界首个量子互联网”

　　提出两大发展目标。其一，在未来五年，美国公司和实验室将展示使量子网络成为可能的基础科学和关键技术。比如，从量子互连、量子中继器和量子存储器到高通量量子通道，以及跨洲距离的基于空间的纠缠分布。同时，还将确定此类系统的潜在影响和改进应用，以获取商业、科学、健康和国家安全利益。其二，在未来二十年，量子互联网链路将利用网络化量子设备来实现经典技术无法实现的新功能，同时促进对纠缠所起作用的理解。

　　确立六大技术领域。从全球来看，当前，量子计算和网络技术仍处于研发的早期阶段。此前发布的《美国量子网络的战略愿景》，聚焦美国的研发工作，推进量子互联网基础的发展，为重点研究活动推荐了六个具体技术领域：一是关键部件的技术和平台开发，包括经典源、量子有限探测器、超低损耗互连、空间对地连接、经典网络和网络安全协议以及擴展成本。二是将量子源和信号从光学和电信领域转移到量子计算机相关领域，包括微波。三是纠缠和超纠缠态的产生，量子态的传输、控制和测量。四是开发与光学或电信波长中基于光子的量子比特兼容的量子存储器和小规模量子计算机。五是探索用于小规模和大规模量子处理器之间远程纠缠的新算法和应用，包括量子纠错、量子云计算协议和新的量子传感模式。六是探索用于地面和天基纠缠分布的技术。

　　加大资金支持力度。2021财年联邦政府预算计划公布的预算包括联邦研发投资1422亿美元，比2020财年预算增长6%。2021财年预算优先考虑面向未来的产业，大力支持美国联邦政府在量子信息科学（QIS）领域的研发资金。与2020财年预算相比，关键机构的总投资增加了50%以上，其中，拨给国家标准与技术研究院（NIST）、国家科学基金会（NSF）、能源部（DOE）三个机构的量子研发经费从2020财年的4.3亿美元增加至5亿美元。特朗普政府的目标是确保量子信息科学的研发在2022年前翻一番。

　　相比2020财年，美国能源部科学办公室的量子信息科学研究投入增加7000万美元至2.37亿美元，用于研究量子系统行为，应对超出当前计算机技术能力的科学挑战，以及探索性研究量子互联网。其中，支持量子互联网早期研究的投入达2500万美元，目标是开发“世界首个量子互联网”。特朗普政府认为，量子互联网的发展有望创造新技术，提高通信的安全性，并在计算方面取得巨大进展。

　　量子互联网解析

　　量子计算具有广阔的应用场景。一是网络安全。量子计算机可以运用量子加密技术保护数据免受攻击。二是药品研发。量子模拟可将药物发现率提高5%～10%，并缩短15%～20%的研发时间；同时，更优的分子设计将提升药物审批效率。三是金融。量子计算可以更好地确定有吸引力的投资组合，更有效地识别关键的欺诈模式。量子计算机可并行执行多个蒙特卡洛模拟，更有效地优化交易。四是农业。量子计算机能够快速分析化学催化过程，并提出最佳的催化剂组合来产生肥料的主要成分氨。

　　美国旨在抢占量子互联网的全球领导地位。量子互联网是一个由量子计算机和其他量子设备组成的庞大网络。探索如何建立量子互联网将促进新技术发展，加速当今互联网发展，提高通信的安全性，并使计算技术取得巨大进步。目前，包括中国、英国、德国等在内的国家和地区围绕量子互联网纷纷展开科研攻关。美国也不甘示弱，试图通过发布国家层面的战略以抢占创新制高点，确保成为该领域的全球领导者。此次发布的战略不仅提出具体的短期和长期目标，而且列出了详细的技术领域，具有前瞻性和指导性。

　　美国在量子互联网领域已具备一定的基础。近些年来，美国在量子互联网领域的投入已取得早期收获，为后续实现重要突破奠定了基础，也使该战略具备可行性。2018年10月，初创公司Quantum Xchange通过接入沿美国东海岸运行的500英里光纤电缆，为美国创造了首个洲际、商用量子密钥分发网络。今年3月，哈佛大学和麻省理工学院研究人员通过用一个可捕获、存储和纠缠量子信息比特的原型量子节点校正信号丢失。这项研究填补了通向实用量子互联网的缺失环节，也是长距离量子网络发展的重要一步。

　　五点启示

　　持续跟踪国际前沿技术。广泛进行国际交流合作，通过组织和参与国际会议、与国际同行探讨，跟踪量子互联网领域的国际发展前沿，探索和把握前瞻性科研方向。

　　进一步做好量子互联网的基础研究工作。通过自然科学基金、科技重大专项、重点研发计划、战略性先导科技专项等对量子信息研究给予支持；推动量子信息科学国家实验室建设；推动量子信息技术国际与国内标准化研究。

　　推动人才引进。实施量子互联网专项引进行动，从全球引进顶尖人才；聘请国内外量子互联网领域高水平的专家，组建专家团；鼓励各地和高校企业在海外设立引才工作站。

　　强化人才培育。支持高校建设量子互联网相关学科；加大高校硕士博士研究生培养；建设产教结合的量子互联网人才培训基地。

　　鼓励开展相关应用试点。鼓励各地和高校企业开展量子保密通信应用评估与产业研究，优先在政务、金融、通信、医药等领域开展量子信息科学创新试点；中央及各级财政提供资金支持，并进行阶段性考核。

朱帅