近日，美國眾議院科學、太空和技術委員會披露了一項法案，擬推動“國家量子計劃”項目。
量子技術是當前世界上最具顛覆性的前沿技術之一，已經成為世界主要國家進行高新技術競爭的重要領域。
目前該項法案尚待國會批准。而除了美國，此前英國、歐盟都相繼推出過國家戰略層面的量子計劃，谷歌等大型科技巨頭也先后加入百億美元量子計算市場的角逐。
美國立法推動“國家量子計劃”
量子是現代物理的重要概念，最早由德國物理學家普朗克在1900年提出。
通俗地講，量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元，分子、原子、光子等微觀粒子都是量子的表現形態。
量子通過疊加和糾纏等特性催生了量子探測、量子通信、量子計算等技術應用領域。而量子技術有望成為未來各國競爭的制高點。
對此，美國或將推出為期10年的計劃，加大對量子信息科技的投資，建設科技人才通道，加強政府內部協調及政府與業界、學界間的資源共享。
法案提出，2019到2023財年授權美國國家標准與技術研究院、美國國家科學基金會和美國能源部獲得12.75億美元預算，用於開展量子信息科技研究。其中，美國國家標准與技術研究院負責制定量子技術發展所需標准，美國國家科學基金會支持人力資源建設，美國能源部將成立5個“量子信息科研中心”，加速科技成果突破。
法案還建議成立國家量子協調辦公室，對接政府機構與學術界、產業界，推動相關技術的早期應用。
美國科學院院士、馬裡蘭大學物理學家克裡斯·門羅作為開發量子計算機的公司創始人之一，曾表示：“美國是唯一沒有在這一領域作出重大決定的大國。”
從去年6月起，包括門羅在內的一小部分學者、公司高管和說客發布了一份白皮書，呼吁制訂國家量子計劃，他們在今年4月發布了一份計劃藍圖。去年10月，眾議院科學委員會舉行了以此為主題的聽証會，並計劃在7月晚些時候發布一項在藍圖基礎上經過廣泛意見征求的法案。
支持者認為，美國需要更好的計劃才能獲得量子研究的潛在成果，並與全球競爭對手保持同步。
科學委員會主席拉馬爾·史密斯日前在一份有關該法案的聲明中表示：“我們必須確保美國不落后於推動量子計劃的其他國家。”
國家量子計劃建議研究中心側重三個領域：開發用於生物醫學、導航和其他應用的超精密量子傳感器﹔防黑客量子通信﹔量子計算機。但具體的研究重點，可能要留給聯邦政府、新的白宮量子領導小組以及外部咨詢小組共同決策。
美國國家標准與技術研究院院長沃爾特科·潘說，長期以來，作為領導者的美國正面臨量子領域的全球競爭。“這相當於當年的太空競爭，應該將聯邦資源集中起來，如果做好了，對美國來說意義非凡”。
歐洲國家先發制人
事實上，在美國擬推出量子計劃之前，歐洲國家早已開始了行動。
早在2013年，英國政府就宣布將在此后5年內投資2.7億英鎊，加速量子技術的商業化進程。2015年，英國發布了《英國量子技術路線圖》。2016年，《量子技術：時代機會》報告認為，人類正處在第二次量子革命的前夜，選定了原子鐘、量子成像、量子傳感器和測量、量子計算和模擬以及量子通信作為五大重點研發領域。
英國政府首席科學顧問馬克·沃爾帕特表示，這些領域“具有生產新產品和服務的潛力與價值”。
2016年4月，歐盟提出了量子計劃，作為雲計算的一部分，被列入歐盟委員會當時的10年10億歐元計劃中。德國烏爾姆和斯圖加特大學綜合量子科學與技術中心物理學家Tommaso Calarco 認為，量子技術計劃將會不同於傳統項目的封閉模式，量子計劃項目將全程保持開放，這將有助於保持高水平的學術競爭，並能更靈活地資助最優秀的研究人員。他希望開放的量子項目能鼓勵成員國投資，從而爭取到更多的研發經費。
歐盟量子計劃將包括支持更容易市場化的系統，比如量子通信網絡、超靈敏的照相機、能幫助設計新材料的量子模擬器等。同時，它也將關注長期項目，比如通用量子計算機以及手機用高精度傳感器等。
自歐盟量子計劃推出以來，匈牙利、奧地利和德國也紛紛宣布了各自的國家量子技術計劃。
目前歐盟量子計劃面臨的一個問題是英國脫歐。作為歐洲最強大的量子技術研究體之一，Calarco指出，英國是少數幾個國家量子技術計劃中有工業界公司參與研究的國家。
英國政府承諾為現有的歐盟量子項目提供資金，這至少意味著早期投資將得到保証。不過，下一輪融資應該會在退歐談判的很久之后才會被考慮。
哈爾濱工業大學物理系量子計算講師應濤在接受《國際金融報》記者採訪時表示，“在量子世界中，事物遵循量子規律，展現出日常生活中難以看到的現象。人們在研究這些奇特現象的時候，發現這些量子規律可以應用到日常生活中，而且可以做到過往技術做不到的事情。量子科技是目前世界上最為前沿的科技方向之一，這也是各國都很重視量子領域發展的原因，其在通信、超級計算機、軍事等方面也有顯著優勢。”
“目前歐洲在量子研究中處於領先位置，美國在加大投入，但中國有后來居上的趨勢。”應濤說。
科技巨頭逐鹿百億美元市場
除了國家層面的量子計劃外，大型科技巨頭也已開始在量子計算領域發展布局。
傳統計算機隻能按照時間順序一個個地解決問題，而量子計算機可以同時解決多個問題。應濤告訴《國際金融報》記者，量子計算能夠突破經典計算機所面臨的計算速度和存儲能力的瓶頸。而在當今信息爆炸的時代，計算速度和存儲能力是非常關鍵的。
超高速的運行能力，使得量子計算機得以在如人工智能、分子模擬、密碼學、金融建模、天氣預報、粒子物理學有廣闊應用前景。
據摩根士丹利報告顯示，未來十年，量子計算機將改變許多產業，預估高端的量子計算市場到2025年達到百億美元規模。量子計算目前的主要參與者包括IBM、谷歌、DWave，以及英特爾、微軟、麻省理工、耶魯、牛津、加州大學聖芭芭拉分校等。
微軟、IBM、Google近年來陸續發展了相關技術，希望達到“量子霸權”的目標。
“量子霸權”，是加州理工學院物理學家 John Preskill 發明的詞。通俗的解讀是，超級計算機目前的計算能力相當於擁有 5 到 20 個量子位的量子計算機，但當量子芯片的量子位達到約 49 個以上時，量子計算機的能力會徹底地將超級計算機甩在身后。
2017年底，IBM宣布研發出50量子比特的量子計算原型機。
今年初，谷歌展示了最新研制的72量子比特量子處理器“狐尾鬆”，並稱利用量子糾錯對其進行了優化。
事實上要實現實現量子霸權，除了量子比特，還需要低錯誤率。一台很快但錯誤率很高的量子計算機，還不如經典的超級計算機。
根據谷歌的說法，量子計算機的最低錯誤率必須在1%以內，並且有接近100個量子比特的規模。目前看，在錯誤率上，谷歌在72位量子計算機上已經實現了這個目標，單量子比特門為0.1%，雙量子比特門為0.6%。
微軟則專注於拓扑量子計算，認為這一路徑不易受“噪聲”影響。去年，科學家宣布發現馬約拉納費米子的存在証據，微軟希望它能成為一種更穩定的量子信息編碼方式，計劃利用這種費米子制備穩定的量子比特。
英特爾也同時進行超導量子計算和硅量子點研發，在2018年美國拉斯維加斯消費電子展（CES）上發布了具有49量子比特的超導量子測試芯片。
IBM負責量子戰略和生態的副總裁羅伯特·蘇托爾認為，“量子霸權”這一概念本身並不具有太大意義，怎樣利用量子計算機幫助人類解決金融、物流、醫藥等行業實實在在的問題，才是量子計算真正的發展方向。
大規模商用還需要時間
波士頓咨詢公司（BCG）預測，量子計算在接下來的25年內將經歷三個階段的發展，最終走向技術成熟。其中，第一代量子計算將被企業用於解決特定的實際業務和研發需求。
BCG還預計，2030年之后，量子計算的發展將顯著加速，應用市場規模可達500多億美元。2031年到2042年，量子計算機將在模擬、搜索和運算中執行高級功能，實現各類商業應用，對比經典計算機具有明顯的優勢。
應濤認為，量子技術最大的發展前景是與人工智能的結合。“人工智能是讓機器自己學習解決問題，而量子計算機現在的計算能力已經超越了其他所有計算機。這兩者的結合具有巨大的潛力，也是未來發展的必然趨勢。雖然目前這兩個技術發展得都還不成熟，但二者的結合是必然的，也會是今后發展的主流”。
但是，目前量子技術的發展也存在一些挑戰。谷歌曾表示，“當我們可以實現幾十乃至幾百萬量子比特0.1-1%的錯誤率時，量子計算機將開始真正高效地解決實際問題。但這可能需要十年或者更久的時間。所以在制造出大規模量子比特量子計算機之前，也許隻會先實現一些小型的商用量子計算機，或者量子計算商業應用。”
應濤也表示，“量子計算機的存儲能力是經典計算機的2的N次方倍。所以如何提高N的數值，即如何能夠實現較大量子比特的控制是一個挑戰。另外一個就是信息安全的問題。這是一個很嚴肅的問題，因為隨著量子計算的能力越來越強，所有依賴於計算復雜度的經典加密算法原則上都會被破解。”
