白宮發布戰略構想：美國曾首創計算機網絡，現要開辟量子網

美國白宮網站近日發布一份《美國量子網絡戰略構想》，提出美國將開辟量子互聯網，確保量子信息科學（QIS）惠及大眾。

這份由白宮國家量子協調辦公室撰寫的文件提到，1969年，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）演示了首個計算機網絡ARPANET，推動了後來的互聯網誕生。“那時候，人們難以想象它會成為世界上推動經濟增長和生活質量提高的最強大引擎。”

文件認為，美國聯邦政府同樣將在推動早期量子信息科學研究、引導國家研發活動時發揮至關重要的作用。

這份充滿雄心的戰略構想無疑受到了2018年年底頒布的《國家量子倡議法案》（NQIA）的推動。此外，它也與近日披露的美國2021年度政府財政預算提案相呼應。川普決意大幅削減主要科學機構的研發預算，同時卻暗示將更多資金投入到人工智能和量子信息科學。

兩個目標

這份文件將量子互聯網描述為一張由量子計算機和其他量子設備組成的龐大網絡，它將催化出許多新興技術，從而加速現有互聯網的發展，提高通信安全性，並使計算技術發生劇變。

“通過在量子網絡領域的前驅開拓，美國預備革新國家和金融安全、患者隱私、藥物發現以及新材料的設計和製造，同時增加我們對宇宙的科學認識。”文件寫道。

文件認為，量子信息技術仍處於早期階段，而其遠景取決於開創能夠可靠地連接量子設備的基礎設施平台的能力，也取決於開發量子信息科學在安全、傳感和計算模式等方面的應用的能力。在政府協調下齊頭並進，持續發力，量子互聯網的基礎才能就位。

文件提出了兩個具體目標：

一、在未來5年中，美國的公司和實驗室將演示量子網絡的基礎科學和關鍵技術，包括量子互連、量子中繼器、量子記憶體、高通量量子信道和洲際天基糾纏分發。同時，將查明這些系統的潛在影響和改善應用，帶來商業、科學、衛生和國家安全方面的好處。

二、在未來20年裡，量子互聯網鏈路將利用網絡化量子設備實現經典技術無法實現的新功能，同時促進對量子糾纏作用的理解。

值得一提的是，中國科學技術大學的潘建偉團隊已經借助“墨子號”衛星，在2017年打破了世界量子糾纏分發距離的紀錄，達到1200千米。隨後，該團隊又聯合奧地利科學家完成首次洲際量子密鑰分發。

若乾實用性技術

此外，戰略構想也建議開展下列項目，人們越發意識到，它們與實用性量子網絡和量子技術息息相關。

開發關鍵部件的技術和平台，包括經典光源、量子限制探測器、超低損耗互連、空對地連接、經典網絡和網絡安全協議以及縮放成本；

將量子源和信號從光學和電信波段轉移到量子計算機相關波段，包括微波；

產生糾纏和超糾纏態的產生，傳輸、控制和測量量子態

開發與基於光學或電信波長光子的量子比特兼容的量子記憶體和小規模量子計算機；

探索小規模和大規模量子處理器之間長距離糾纏的新算法和應用，包括量子糾錯、量子雲計算協議和新的量子傳感模式；

探索地面和天基糾纏分發的技術。

國家量子倡議

自2018年開始，川普政府在量子信息科學方面的動作不斷。

2018月6月，白宮國家科技委員會（NSTC）成立量子信息科學子委員會，協調美國聯邦政府關於量子信息科學（QIS）的研發活動。

2018年9月，上述委員會在白宮峰會上發布《國家量子信息科學戰略概覽》，其中提出6點科學建議，包括量子信息科學教育應從小學開始。

同時，美國能源部宣布將成立多個國家級實驗室，投入2.18億美元到85個量子技術研究項目，並在未來五年內，每年為每個實驗室撥款2500萬美元。美國國家科學基金會則承諾投入3100萬美元資助相關的研究項目。

2018年12月，美國國會高票通過《國家量子倡議法案》（NQIA），其中提出了三大目標：用量子技術開發新一代傳感器、製造量子計算機、建立全球量子通信系統。

2019年3月，白宮科技辦宣布成立白宮國家量子協調辦公室，即此次戰略構想的起草者。