白宫发布战略构想:美国将开辟量子互联网

摘要:

美国白宫网站近日发布一份《美国量子网络战略构想》,提出美国将开辟量子互联网,确保量子信息科学(QIS)惠及大众。这份由白宫国家量子协调办公室撰写的文件提到,1969年,美国国防部高级研究计划局(DARPA)演示了首个计算机网络ARPANET,推动了后来的互联网诞生。“那时候,人们难以想象它会成为世界上推动经济增长和生活质量提高的最强大引擎。”

文件认为,美国联邦政府同样将在推动早期量子信息科学研究、引导国家研发活动时发挥至关重要的作用。

这份充满雄心的战略构想无疑受到了2018年年底出台的《国家量子倡议法案》(NQIA)的推动。此外,它也与近日披露的美国2021年度政府财政预算提案相呼应。特朗普决意大幅削减主要科学机构的研发预算,同时却暗示将更多资金投入到人工智能和量子信息科学。

两个目标

这份文件将量子互联网描述为一张由量子计算机和其他量子设备组成的庞大网络,它将催化出许多新兴技术,从而加速现有互联网的发展,提高通信安全性,并使计算技术发生剧变。

“通过在量子网络领域的前驱开拓,美国预备革新国家和金融安全、患者隐私、药物发现以及新材料的设计和制造,同时增加我们对宇宙的科学认识。”文件写道。

文件认为,量子信息技术仍处于早期阶段,而其远景取决于开创能够可靠地连接量子设备的基础设施平台的能力,也取决于开发量子信息科学在安全、传感和计算模式等方面的应用的能力。在政府协调下齐头并进,持续发力,量子互联网的基础才能就位。

文件提出了两个具体目标:

一、在未来5年中,美国的公司和实验室将演示量子网络的基础科学和关键技术,包括量子互连、量子中继器、量子存储器、高通量量子信道和洲际天基纠缠分发。同时,将查明这些系统的潜在影响和改善应用,带来商业、科学、卫生和国家安全方面的好处。

二、在未来20年里,量子互联网链路将利用网络化量子设备实现经典技术无法实现的新功能,同时促进对量子纠缠作用的理解。

值得一提的是,中国科学技术大学的潘建伟团队已经借助“墨子号”卫星,在2017年打破了世界量子纠缠分发距离的纪录,达到1200千米。随后,该团队又联合奥地利科学家完成首次洲际量子密钥分发。

若干实用性技术

此外,战略构想也建议开展下列项目,人们越发意识到,它们与实用性量子网络和量子技术息息相关。

开发关键部件的技术和平台,包括经典光源、量子限制探测器、超低损耗互连、空对地连接、经典网络和网络安全协议以及缩放成本;

将量子源和信号从光学和电信波段转移到量子计算机相关波段,包括微波;

产生纠缠和超纠缠态的产生,传输、控制和测量量子态

开发与基于光学或电信波长光子的量子比特兼容的量子存储器和小规模量子计算机;

探索小规模和大规模量子处理器之间长距离纠缠的新算法和应用,包括量子纠错、量子云计算协议和新的量子传感模式;

探索地面和天基纠缠分发的技术。

国家量子倡议

自2018年开始,特朗普政府在量子信息科学方面的动作不断。

2018月6月,白宫国家科技委员会(NSTC)成立量子信息科学子委员会,协调美国联邦政府关于量子信息科学(QIS)的研发活动。

2018年9月,上述委员会在白宫峰会上发布《国家量子信息科学战略概览》,其中提出6点科学建议,包括量子信息科学教育应从小学开始。

同时,美国能源部宣布将成立多个国家级实验室,投入2.18亿美元到85个量子技术研究项目,并在未来五年内,每年为每个实验室拨款2500万美元。美国国家科学基金会则承诺投入3100万美元资助相关的研究项目。

2018年12月,美国国会高票通过《国家量子倡议法案》(NQIA),其中提出了三大目标:用量子技术开发新一代传感器、制造量子计算机、建立全球量子通信系统。

2019年3月,白宫科技办宣布成立白宫国家量子协调办公室,即此次战略构想的起草者。

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