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《美国《国家量子信息科学战略概述》:量子信息科技将引领下一场技术革命》

      2018年9月24日,美国白宫科技政策办公室(OSTP)国家科学技术委员会(NSTC)发布报告《国家量子信息科学战略概述》,报告认为,量子信息科技(QIS)将引领下一场技术革命,给国家安全、经济发展、基础科研等带来重大变革。报告系统性地总结了量子信息科学带来的挑战、机遇,以及为维持和扩大美国在QIS领域的领导地位应做出的努力。

 
 
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 目录 

 

1.量子信息科学:下一轮技术革命

2.主要政策机会摘要

3.本战略概述面临的挑战

4.选择科学优先的QIS方法

5.培养面向未来的专业量子从业人员

6.深化参与量子产业

7.提供关键基础设施

8.维护国家安全,保持经济增长

9.推进国际合作

附录:美国目前在QIS研究领域的领导地位


节选 


1. 量子信息科学:下一轮技术革命
 

      量子信息科学(QIS)通过量子理论——亚原子界的最佳,创造新知识和技术。随着QIS的发展,美国得以改善其工业基础、创造就业机会,并创造经济和国家安全利益。QIS相关技术的已有成果包括半导体微电子、光学、全球定位系统(GPS)和磁共振成像(MRI),都是国家经济和国防基础设施的重要组成部分。未来, QIS科术的新发展会更具影响力。美国政府对QIS的投资,最近的行业参与,都使这一科学领域一跃成为美国研发企业的新生支柱。特朗普政府致力于维持和扩大美国在QIS的领导地位,旨在通过这项研究,在未来创造长期的科技利益和保护。基于对QIS投资或有兴趣的所有政府机构的集体头秃,本文件为实现这一目标提出了国家战略方法。

      具体而言,美国将在国家科学技术委员会(NSTC)量子信息科学小组委员会(SCQIS)的协调下,统一组织,为量子信息研发创建一种可见的、系统的国家方法。我们将利用现有计划和方法、适应不断变化和改进的科技知识、反映国家对QIS机遇和挑战的最佳阐释、并在适当情况下开展新步骤。美国将致力于:

  • 专注于以科学为先的方法识别和解决重大挑战:其解决方案能够带来变革性科学和工业进步;
     

  • 建立量子智能和多元化的员工队伍,以满足不断增长的需求

 

  • 鼓励行业参与,为公私伙伴关系提供适当机制;

 

  • 提供实现科技机会所需的关键基础设施和支持;

 

  • 推动经济增长;

 

  • 维护国家安全;和

 

  • 继续开展国际合作与合作。


      下一步的关键是制定机构层面的计划,以解决下节中指出的方法和政策机会,并将其纳入总体战略计划。这将在未来十年内创造机遇,包括:使有限计算应用成为可能的量子处理器的开发、新型生物技术和国防传感器、用于军事和商业的新一代定位、导航和计时系统、通过量子信息理论解锁材料、化学甚至引力的新方法、用于机器学习和优化的新算法,以及变革的网络安全系统,包括随着QIS发展所需的量子抗性密码学。


2.主要政策机会摘要
 

     本战略概述中指出的政策机会概述如下。要想在未来取得成功,美国需遵循相关建、遵循SCQIS可能提出的详细规划和协调以及保持与利益相关方的沟通。
 

选择科学优先的QIS方法
 

  • 加强联邦政府资助的核心研究计划,并在适当情况下使用分布式小额捐款和中心和联营集团支持长期QIS研究;

 

  • 促进跨学科量子聚焦研究人员之间的对话与合作、与广泛科学界展开合作、突出和分享相关科学进步、进一步发展和协调量子研究界;

 

  • 建立和利用正式协调机构,如国家科学技术委员会量子信息科学小组委员会(SCQIS);
 
  • 将重大挑战视为推动QIS科技进步的机会、鼓励联邦机构识别、优先考虑和协调对基础和应用挑战的投资。


为未来创造量子智能劳动力
 

  • 鼓励行业和学术界为多样化劳动力发展创建融合的跨行业方法,满足国家QIS需求;
     

  • 使用和改进现有计划,增加QIS从业人员规模;

 

  • ​​​​​​​鼓励学术界将量子科学和工程学视为业内学科、刺激各级新员工、计划和倡议的产生;

 

  • ​​​​​​​在教育的早期阶段开展量子科学领域教育,包括小学,初中和高中;

 

  • ​​​​​​​通过与相关机构和行业合作,扩大受众范围、突显其投资,广泛利用艺术、媒体和与文化机构接等新型或非传统方法;

 

  • ​​​​​​​鼓励QIS社区跟踪和估计量子产业未来的劳动力需求。

  

深化量子产业参与

  • 促进美国的组建  量子联盟与来自工业界,学术界和政府的参与者预测并就需求和障碍达成共识,协调竞争前研究的工作,解决知识产权问题,并简化技术转让机制;

 

  • ​​​​​​​通过产业界,学术界和政府之间的合作关系增加对联合量子技术研究中心的投资,以加速竞争前的量子研究和开发;

 

  • ​​​​​​​通过培养潜在的最终用户应用空间,保持对量子革命如何影响机构任务空间以及机构如何通过联邦政府培养量子技术的认识的认识。

 

提供关键基础架构

  • 通过与政府专家和利益相关者以及行业和学术界合作,确定急需的基础设施并鼓励必要投资;

 

  • ​​​​​​​鼓励各机构为QIS研究界提供更多的现有和未来设施及支持技术;

 

  • ​​​​​​​建立最终用户测试平台设施以及培训和参与,允许联邦机构和利益相关者探索与其各自任务相关的应用程序;

 

  • ​​​​​​​用现有基础设施,包括可重新利用和扩展的制造设施,快速推进量子技术的发展。


维护国家安全和经济增长

  • 保持对QIS不断变化科技环境的安全影响的理解;

 

  • ​​​​​​​促进所有政府机构机制,如SCQIS,及时了解QIS技术防御和安全影响,帮助平衡其经济利益和风险;

 

  • ​​​​​​​确保一致应用现有分类和出口控制机制,为美国大学和行业提供有关QIS研究相关行动信息,鼓励经济机会、保护知识产权、保护与国家安全相关应用。

  
深化国际合作

  • 寻求与志同道合的行业和政府合作伙伴加强国际合作;

 

  • ​​​​​​​确保美国持续吸引和留住优秀人才、获得QIS国际技术、研究设施和专业知识;

 

  • ​​​​​​​确定国际行动者的优势和重点领域,以及差距和机会,从技术和政策角度更好地了解不断变化的国际QIS格局。


进一步行动指南

 

      已要求政府机构基于以上政策制定详细执行计划支持以上政策目标。尤其是,参加SCQIS的机构应撰写书面计划,解决2019年第一季度或OSTP和SCQIS所安排的更晚的政策目标。

     
​​​​​​​       根据法律规定,各机构应与OSTP和SCQIS协商,召集利益相关方,确定特定子领域的重大挑战,如:量子精确传感器、量子传感技术、量子网络应用、量子抗性加密标准和系统的开发、NISQ量子器件的商业可能性、接近量子比特操作的高保真极限以及QIS的基础新科学。
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