量子电脑（Quantum computer）之所以那么重要，是因为它拥有比超级电脑更快的运算速度，可以帮助人类在短时间内完成一般电脑需花上数十年才能解决的问题，无论是在材料科学、物理、化学甚至是人工智能（AI）的研究上，都能成为非常高效的辅助工具，“这是一场我们必须赢的比赛”（ It’s a race we must win.），也难怪美国议员拉马尔·S·史密斯（Lamar Smith）会这么说。
展望量子世代，其实美国非常害怕中国跟欧洲国家的挑战，认为如果美国现在不采取统一战略，那么在量子领域就有被其他国家超越、甚至取代的风险，“量子资讯科学代表资讯世代的下一个前缘技术”，正因为如此， 美国能源部今年 9 月宣布拿出 2.18 亿美元投入量子资讯科学研究，美国国会甚至通过了法案，要投入 13 亿美元资助美国公司，确保美国在科学研究上的领先地位，还打算从小学就开始培育量子人才。
撒大钱补助，在量子领域美国“必须赢”
美国投入量子领域研究多元，目前由能源部（DOE）、美国国家科学基金会（NSF）、美国国家标准与技术化研究院（NIST）3 个政府部门负责主要的研究，今年美国政府在白宫举办一场量子峰会，当天包括摩根大通、高盛、IBM、Alphabet 、美国航太制造厂商 Lockheed Martin，甚至五角大厦和国土安全部门等科技、财经、政府巨头全都应邀出席。
▲ 为了在中国日益强大的态势下取得“量子电脑竞赛”优势，当天美国能源部宣布拿出 2.18 亿美元，用来支持包括量子电脑软硬件、量子运算、量子新材料合成等科学研究。（Source：D-Wave）
为了在中国日益强大的态势下取得“量子电脑竞赛”优势，当天美国能源部宣布拿出 2.18 亿美元，用来支持包括量子电脑软硬件、量子运算、量子新材料合成等科学研究，除了确保美国在新技术的领导地位，同时也希望开创出更多核心的技术；美国国家科学基金会则宣布拿出 3,100 万美元，用来推动量子通讯技术研究。
美国议员拉马尔·S·史密斯（Lamar Smith）会说出美国在量子领域“必须赢”，正是意识到这是一场不能输的竞赛，正因为如此，美国国会在今年 9 月 13 日，通过一个量子电脑法案，具体内容是要在 2023 年前投入 13 亿美元（约新台币 400 亿元）资金，来资助美国公司确保美国在科学上的统治地位，该法案获得美国两党议员的支持。
▲ 美国政府之所以在量子峰会中邀请这么多业界的大咖，就是希望透过民间与官方机构的合作，来加速量子科学商业化的脚步。（Source：D-Wave）
这次应邀出席量子峰会的公司都在量子领域投入不少努力，像是今年 3 月 Google 量子 AI 实验室（Google Quantum AI lab）公布了具备 72 量子位元（qubit）的处理器“Bristlecone”、IBM 宣布研发出全世界第一台 50 量子位元（qubit）的量子电脑、Intel 也有代号为“Tangle Lake”的 49 量子位元（qubit）的超导测试芯片。
美国当局之所以动作频频，是因为虽然当局在量子领域投入研究多年，但学术界的人大多缺乏系统工程和产品开发经验，而民间企业的量子人才相当有限，美国政府才会在量子峰会中邀请这么多业界的大咖，就是希望透过民间与官方机构的合作，来加速量子科学商业化的脚步。
确保技术领先，打算从小学就开始投入量子教育
“这是一场我们必须赢的比赛”，要实现非赢不可的理想，政府光撒钱当然是不够的，在量子峰会当天，白宫国家科学技术委员会（NSTC）还发布了一份“量子资讯科学国家战略概述”，白宫国家科学技术委员会今年 6 月才成立，主要负责联邦政府的量子资讯科学研发活动，确保美国在“下个世代的运算革命”中不会失去全球领导地位。
▲ 在量子峰会当天，白宫国家科学技术委员会（NSTC）还发布了一份“量子资讯科学国家战略概述”。（Source：whitehouse）
在这份战略概述中，强调量子科学能够帮助美国改善工业基础、创造就业机会，甚至强化经济发展与国家安全，并将量子研究分为量子感测、量子运算、量子网络、量子硬件等四大研究基础，同时提出了六大政策建议：
- 采取科学优先策略
- 培养量子科学未来人才
- 深化与量子产业合作
- 创造关键基础设施
- 维护国家安全和经济增长
- 增加国际合作
更进一步具体来说，希望能够有财团能够优先考虑支持量子技术研究，且必须尽早解决量子人才问题，甚至计划在小国、国中、高中投入量子科学教育，并加强产学之间的紧密合作。
美国火力全开，就是担心中国超车
目前在量子领域投入比较多资源的分别是中国、美国、欧洲，根据《经济学人》引用麦肯锡数据来看，2015 年美国、欧洲和中国分别在量子领域中，投入 3.6 亿欧元、5.5 亿欧元和 2.2 亿欧元的研发经费，而全球研发总支出更高达 15 亿欧元。
▲ 2015 年美国、欧洲和中国分别在量子领域中，投入 3.6 亿欧元、5.5 亿欧元和 2.2 亿欧元的研发经费，而全球研发总支出更高达 15 亿欧元。（Source：economist）
若再以专利申请数量来看，美国和中国分别位居前两名，其中中国在量子加密技术（Quantum cryptography）上更是大幅超越美国高居第一，而有趣的是，美国的专利申请在 2005 年前后到达了高峰，之后数量却大幅缩减，而中国专利申请数量从 2010 年开始大量成长，这就是为什么美国有很多人担心中国量子技术超越美国。
▲ 有趣的是，美国的专利申请在 2005 年前后到达了高峰，之后数量大幅缩减，而中国专利申请数量从 2010 年开始大量成长。（Source：economist）
举例来说，中国在 2016 年 8 月发射量子卫星“墨子号”，任务之一就是从卫星向地面发射纠缠量子，由于量子通讯的安全性是基于量子物理的基本原理，而非一般的加密技术，因此若能有所进展，将能从根本解决资讯安全问题，避免骇客攻击和窃听。2017 年中国研究人员表示，“墨子号”顺利从太空传送“无法破解的”高速量子密钥，被称为“中国量子之父”的物理学家潘建伟表示，量子密钥分发是目前人类唯一已知不可窃听、不可破译的安全通讯方式。
这样的场景似乎似曾相似，过去美国就是没有在人工智能（AI）领域把握先发优势，过去这几年中国从政府到民间倾全力发展 AI，晋升为几乎能跟美国平起平坐的 AI 强国。不过就量子领域来说，中国的核心材料、研究平均品质、技术转化等方面还是比较落后的，且相较于美国，在量子领域的新创公司数量也比较少、创新能力也比较弱。
虽然，距离量子电脑能够从实验室走向真正大规模商业化还有一大段路，从美国积极撒钱、制定策略的积极态势来看，量子大战在未来只会越来越热闹。
（本文由 数位时代 授权转载；首图来源：IBM）
