1月31日，美国智库战略与国际研究中心（CSIS）量子领导力委员会发布战略技术项目报告《CSIS量子领导力委员会》[1]，探讨了如何通过增加研发投入、强化量子产业基础、加速商业化进程、加强劳动力培养以及建立国际合作伙伴关系，来加速并巩固美国在量子技术领域的领导地位。

一、量子技术的机遇和风险

1、机遇。包括：特定计算任务的处理能力呈指数级提升；用安全的定位、导航和授时（PNT）系统取代易受攻击的GPS；在药物发现和材料科学领域取得突破；利用量子密码技术实现超安全通信；增强医学成像和诊断能力；更精确的气候建模和天气预报；加速机器学习和人工智能发展；推动电池和清洁能源技术进步；改善财务管理。

2、风险。包括：量子计算机破解当前加密方法；提高对隐形飞机的探测能力；增强反潜能力；扰乱金融市场；利用量子传感进行监视；关键组件的供应链脆弱性。

尽管量子技术的全部潜力需要数年时间才能实现，但其战略重要性已十分明显。美国在量子政策方面应追求3个目标：支持研发；构建量子产业基础；加速量子技术的商业化。

二、量子产业基础

量子产业基础可以细分为多个部分，都需要政府行动和市场力量的不同组合。

1、劳动力。培养一支高技能的量子劳动力队伍至关重要，但这也使美国在科学、技术、工程和数学（STEM）教育与人才培养方面面临更广泛挑战，移民政策、STEM教育倡议和再培训计划有助于解决这一劳动力短缺问题。

2、研究。联邦资金在推进量子研究方面发挥着关键作用，因为量子研究对私营企业来说风险仍然太大、成本太高，无法完全支持。国家科学基金会（NSF）、能源部（DOE）和国防部（DOD）等机构的项目可以继续提供基础研究支持。

3、材料。许多量子技术依赖于昂贵或难以获取的特殊材料，如超导体等新型材料，铌、钽、磷和砷化镓等特殊原材料，钕和钇等稀土元素，解决这些材料的供应链问题将提升美国量子技术的竞争力以及整体技术竞争力。

4、制造。开发制造基础设施是大规模生产量子器件的关键，包括需要远超传统半导体制造精度的专用量子芯片和组件，以及用于提高量子硬件广泛实用性和性能的基础设施软件。

5、软件和算法。投资软件和算法开发将释放量子计算的潜力，这些工作应专注于开发量子专用工具，并将量子系统集成到与经典计算机混合的环境中。

6、测试和验证。随着量子系统从研究走向商业化，测试设施和标准可确保可靠性和性能，联邦项目可帮助建立这些设施并设定基准。

7、量子系统的经典控制技术。量子计算机需要先进的经典控制系统，如推进中性原子计算将需要非常高速的相机用于快速读取，以及声光技术用于原子的快速移动，美国政府可帮助开发这些使能技术。

扩大量子产业基础需要早期投资。量子领域的风险和有限需求抑制了对未来领导地位所需的产业基础关键要素的早期投资。相比而言，联邦政府对量子产品和服务的支出不到30亿美元，而人工智能的支出为2000亿美元，半导体的支出为5200亿美元。随着量子技术的成熟和商业可行应用的出现，需求将随着时间的推移而增强，私人投资也会随之增加。

三、美国现状与国际竞争态势

1、美国在量子技术研究领域具备雄厚实力。学术机构、国家实验室和私营企业共同构成了美国强大的研发体系，使美国在量子计算和量子传感领域处于国际领先地位。美国研究人员在开发量子软件和算法、关键的纠错技术以及量子计算机硬件平台方面取得了进展，量子传感器正被开发用于医学、材料科学和导航等领域。美国量子产业发展迅速，从科技巨头到初创企业，目前有超过150家企业聚焦量子技术领域。其中超过三分之一的企业从事量子计算，三分之一正在开发量子应用所需的软件和算法，其余的从事通信、传感和计量（如量子传感器、原子钟和精密测量设备）或专门领域的工作（如生产量子器件所需的材料和其他技术）。

2、中国、欧盟等国家和地区在量子技术领域的快速发展对美国构成了挑战。十几个国家都在开展量子研究，一些量子技术已经从研究阶段过渡到实际应用阶段。提供量子技术和服务的企业数量在不断增加，美国以外可能还有400家量子企业，主要位于欧洲、英国、澳大利亚、以色列、加拿大和中国，专注于开发量子计算和软件或量子通信。此外，量子传感领域的应用已经开始商业化。中国是美国的主要战略竞争对手，其在2021年批准的“十四五”规划中，将量子技术列为关键优先事项。中国一直在量子领域进行大量投资，尽管具体投资数字存在争议，但中国称其在量子研究上的投入是美国政府的八倍。中国已成为全球量子通信领域的领导者。欧盟和英国等其他欧洲国家也在投资量子研究，澳大利亚、加拿大和日本也是量子领域的领先者。

四、建议

1、建立量子传感计划，早期重点关注PNT。美国应授权实施一项全面的量子传感计划，以推进量子技术的战略应用开发和部署。具体包括：开发量子导航技术，国防部应与国家航空航天局（NASA）和联邦航空管理局（FAA）协调，加快开发基于量子惯性和磁异常的导航技术，以便在没有GPS的环境中为军用和民用飞机及船舶提供可靠导航；创建高分辨率测绘计划，国家地理空间情报局（NGA）和美国地质调查局（USGS）应建立一个全面的计划，制作高分辨率磁异常图和改进的美国重力图，以有效利用量子导航和资源测绘技术；除了国家安全领域，国会应建立一项全面的量子传感计划，重点关注医疗设备、半导体、自动驾驶汽车和电网管理等领域，通过各机构的共同努力，推动量子技术的战略应用，使美国成为全球领导者。

2、加速联邦机构采用后量子密码学（PQC）。过渡到PQC对于保护敏感信息免受未来量子攻击至关重要。管理和预算办公室（OMB）不仅必须指导政府内部采用PQC，还必须跟踪合规性和进展情况。国家网络总监办公室（ONCD）应与特定行业的监管机构合作，针对易受量子威胁的行业，更新网络安全法规并设定明确的合规期限。应制定由OMB和ONCD牵头的公共流程，以鼓励私营部门参与，并使用财政激励措施，例如为率先采用PQC的公司提供税收抵免、补助金和监管减免。到2030年，国家标准与技术研究院（NIST）应修订《联邦采购条例》（FAR）和《联邦风险与授权管理计划》（FedRAMP），要求公共和私营部门的关键系统都采用量子安全加密。

3、制定计划确保量子技术所需原材料和加工材料的供应链稳健。安全的供应链可以保证不受外国对手的干扰，减少对可能受到其他国家限制的材料的依赖，如氦-3（用于冷却量子计算机和传感器的低温系统）、同位素纯硅（用于硅基自旋量子比特等特定类型量子比特的量子处理器）、铌酸锂（广泛用于量子光子学应用的材料，如量子通信系统中的调制器和波导），以及氮空位金刚石（含有原子级缺陷的金刚石，可用于量子传感和量子通信）。确保获得这些材料及其提炼工艺将在未来几年至关重要。

4、开发共享的量子测试和计量设施。国家标准与技术研究院应开发共享的量子测试和计量设施，让量子企业和研究人员能够使用关键设备，推进原型开发。共享设施应包括：共享低温设施，如真空室和其他维持超低温环境的关键设备；共享计量和校准工具，包括用于量子态层析成像的工具、噪声表征工具和频率信号分析仪，以验证控制电子设备，尤其是在微波和射频频谱中运行的设备；控制电子设备和微波测试平台，包括高速任意波形发生器、微波信号发生器和用于千兆赫兹频段的射频放大器；用于纳米制造和材料表征的洁净室，包括配备电子束光刻、原子层沉积和蚀刻工具的洁净室；材料表征工具，如扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线衍射系统。

5、增加研发投入。具体包括：增加支持量子应用研发的资金；DOE、NSF和商务部应启动相关计划，为更广泛的研究人员提供量子计算资源，同时增加对量子技术基础研究的资金投入；国会应授权DOE设立一个项目办公室，提供5亿美元资金，开发先进的量子计算设施，并将量子系统与高性能计算集成，以用于科学和工业应用。

    此外，报告还提出资助量子劳动力发展计划、与盟国开展联合项目、与盟友采取协调一致的出口管制措施等多方面的建议。            （黄龙光）