阿里裁撤量子實驗室之前, 美智庫的一份報告引人聯想｜文化縱橫_風聞
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✪ Hodan Omaar | ITIF數據創新中心
✪ 渡波 (編譯) | 文化縱橫新媒體
✪ 迦然 (審校) | 文化縱橫新媒體
【導讀】近年來，量子科技，特別是量子計算的研究呈加速發展的態勢。包括中國在內的40多個國家制定了量子規劃，量子科技前沿競爭不斷升温。不過，最近阿里達摩院將量子實驗室捐贈給浙江大學，Meta首席AI科學家也表示不看重量子計算的應用前景。而本文正是基於私營企業研發投入不足的現實情況，試圖探討每年美國應投入多少公共資金，才足以保持量子領域的“美國優勢”。本文基於美國立場，提出維持量子優勢的十項建議，其中包括建議美國政府在《芯片法案》的基礎之上，在未來4年每年至少撥款5.25億美元支持量子領域的發展；構建量子產業聯盟；將量子教育安排到K12教育中；支持高校學生參與美國能源部國家實驗室項目，以獲得量子領域的實操經驗等等。
本文為充分遊説量子技術的重要性，又一次借中國來推動美國國內政策目標。作者指出，中國的公共資金投入幾乎達到美國的8倍，而歐盟則是美國的4倍。相比之下，美國不少政客口頭上支持關鍵行業的創新投資，但具體實施時，卻落實不到預算上。不過，作者也坦言，政府對量子領域增加資金投入，但預期收益如何，還難以評估。
本文為文化縱橫新媒體原創編譯“技術革命的衝擊與重構”之十，編譯自美國科技創新智庫“信息技術和創新基金會”（ITIF）旗下數據創新中心的研究報告，原題為《美國的量子政策方針》（The U.S. Approach to Quantum Policy），僅代表作者觀點，供讀者參考辨析。
美國的量子政策方針
美國政府對量子技術的興趣至少可以追溯到20世紀90年代中期，當時美國國家標準與技術研究院（NIST）、國防部（DOD）以及美國國家科學基金會（NSF）舉辦了第一次“量子技術”研討會。美國國家科學基金會（NSF）將其描述為“一個結合並借鑑了物理學、數學、計算機科學和工程學等學科的全新科學技術領域…其目標是在本世紀初發現的基本物理定律的基礎上，顯著改善信息獲取、傳輸和處理能力。”自第一次研討會至今的25年裏，量子信息科學取得了顯著進步，在推動計算能力、安全通信和科學發現方面顯露出巨大潛力。如今美國政府已清醒認識到需出台相關政策，確保在這一關鍵領域的國家競爭力。
（本文發表截圖）
▍美國當前政策方針概述
量子信息科學（QIS）是一個總括性術語，它包括幾種不同的技術。在本報告中，“量子科學”主要指如下五種技術：
（1）量子傳感和計量學：是指利用量子力學來增強傳感器和測量科學。
（2）量子計算：是指利用量子力學來實現比經典計算機計算速度快指數級倍數的計算機科學發展。
（3）量子網絡：是指利用量子力學原理開發安全通信協議，以確保傳輸信息的機密性和完整性。
（4）量子信息服務促進基礎科學：指利用量子器件和量子理論擴展其他學科的基礎知識；例如，提高對生物學、化學和能源科學的理解。
（5）量子技術應用：包括使用量子技術創造實際應用、為電子、光子學和低温學創造必要的基礎設施和製造技術、以及最大限度地降低與量子技術相關的風險，如開發後量子密碼技術以保護敏感信息。
近年來，美國行政部門和立法部門採取的行動主要有：行政方面，白宮通過國家科學技術委員會（NSTC）發佈了兩份具有開創性意義的報告，闡述了對量子技術的國家戰略方針。國家科學技術委員會（NSTC）是美政府內閣級別的統籌科學政策的委員會，其主要目標是確保科學技術決策和計劃與總統有關聲明目標一致。
第一份報告發佈於2016年7月，在奧巴馬總統的任期之中，題為《推進量子信息科學：國家挑戰與機遇》。該報告概述了三項原則，以指導“全政府”層面的量子技術的戰略計劃：（1）核心項目保持穩定和持續，並隨新機會的出現進行增強或重組；（2）對有針對性的、時效性的項目進行戰略性的投資，以實現具體的、可衡量的目標；（3）密切監測並實時評估量子技術的投資成果，以便及時調整計劃取得突破。
第二份報告發佈於2018年9月，在特朗普總統的任期中，題為《量子信息科學國家戰略概覽》，該報告確定了聯邦量子投資的六個政策機遇和優先事項：（1）量子技術的發展以科學為先；（2）發展量子智能勞動力；（3）深化量子產業合作；（4）提供關鍵基礎設施建設；（5）重視國家安全和經濟增長；（6）推進國際合作。
在立法方面，迄今為止與量子相關的最重要的立法是《國家量子倡議法案》（NQIA），該法案於2018年12月被簽署成為聯邦法律，旨在加速和推進美國的量子科學和技術。《國家量子倡議法案》（NQIA）創建了一個量子研發框架，並授權在五年內（2019至2023財年）為各種舉措提供超過12億美元的資金，主要分配給歷史上大量參與量子技術研發的三個機構：美國國家標準與技術研究所（NIST）、美國國家科學基金會（NSF）以及能源部（DOE）。
《國家量子倡議法案》（NQIA）主要包括以下內容：（1）授權如上機構加強量子技術有關項目規劃和成立新的研究中心；（2）成立一個隸屬於隸屬於科學和技術政策辦公室（OSTP）新的聯邦機構“國家量子協調辦公室（NQCO）”，負責協調聯邦政府、工業界和學術界的量子交流活動；（3）成立國家量子倡議諮詢委員會（NQIAC），由學術界、工業界和政府的專家組成，負責為《國家量子倡議法案》（NQIA）計劃提供獨立評估和建議。
《國家量子倡議法案》（NQIA）授權的項目已於2023年9月30日到期，該法案需要重新授權，以繼續美國在這一關鍵領域的領導地位。
《2022年芯片與科學法案》修訂了《國家量子倡議法案》（NQIA），新增如下內容：（1）授權量子網絡基礎設施的研發；（2）指導美國國家標準與技術研究所（NIST）制定量子網絡和通信標準；（3）建立能源部（DOE）計劃，促進以研究為目的獲取美國量子計算資源的競爭性、擇優審查的程序達成；（4）要求美國國家科學基金會（NSF）將量子科學納入各級教育的科學、技術、工程和數學（STEM）課程，並明確將其納入到技術、創新與合作局(TIP)，即美國國家科學委員會名下以新興技術為政策重點的機構。
本報告還就如上政策領域向國會提出了10項建議：
（1）重新授權《國家量子倡議法案》（NQIA），並在2024至2028財年每年至少撥款5.25億美元（在芯片預算的基礎之上）。
（2）全額資助《芯片與科學法案》授權的“科學和技術量子用户擴展計劃”（QUEST），以提高研究人員對美國量子計算資源的可訪問性。
（3）促使能源部（DOE）建立量子基礎設施計劃，以幫助滿足研究人員的設備需求，作為《國家量子倡議法案》（NQIA）重新授權的一部分。
（4）全額資助《芯片與科學法案》授權的“美國國家科學基金會（NSF）量子教育試點項目”，該項目將在未來五年撥款3200萬美元，用於支持K-12學生的教育和量子科學基礎方面的教師培訓。
（5）促使美國國家科學基金會（NSF）與美國國家標準與技術研究院合作，對量子勞動力需求、趨勢和教育能力進行系統評估。
（6）授權並資助美國能源部（DOE）領導的培訓計劃，該計劃旨在幫助攻讀學士、碩士或博士學位的學生與美國能源部（DOE）國家實驗室進行合作，以獲得實際的量子技術操作經驗。
（7）指示商務部與量子經濟發展聯盟（QED-C）合作，審查量子供應鏈並識別風險。
（8）資助美國國家科學基金會（NSF）成立的技術、創新和夥伴關係理事會，以建立量子應用方面的研究試驗平台。
（9）促使能源部（DOE）邀請盟國投資，建立一個由美國及其盟國共同組成的量子登月計劃項目。
（10）要求美國國家標準與技術研究所（NIST）以美國為先，要求美國相關企業及機構積極參與到《國家量子倡議法案》（NQIA）設定國際標準的流程之中。
▍量子研究與開發的投入方向
儘管民用、國防和情報機構投資量子研發由來已久，美國政府最近還是採取了重要措施，通過《國家量子倡議法案》（NQIA）和《芯片與科學法案》加快、加強和協調聯邦量子研發投資。重要的政府行動主要分為如下三個方面：
1.增加量子科學的研發資金
在《國家量子倡議法案》（NQIA）之下，聯邦大幅加了研發投資，2019-2023年間，聯邦的資金投入大約翻了一番。需要注意的是，儘管《國家量子倡議法案》（NQIA）為各個聯邦機構的量子研發設定了資金目標，但它並不能保證具體的注資金額。而具體的資金和研發優先事項則通過另一項獨立法案，每年的《國防授權法案》進行落實，
圖1顯示了自《國家量子倡議法案》（NQIA）確立以來美國的量子研發預算，2019年的實際預算支出為4.49億美元，2020年為6.72億，2021年則為8.55億，而2022年申請的預算授權高達9.18億，2023年請求的權限則是8.44億美元。而圖中“NQI”的部分則是在基礎研發活動之外、由《國家量子倡議法案》（NQIA）授權活動的資金，它佔據了很大的組成部分。
圖2顯示了《量子信息科學國家戰略概述》中單個項目的注資佔比，分為量子傳感和計量（QSENS）、量子計算（QCOMP）、量子網絡（QNET）、量子發展（QADV）和量子技術（QT）五個領域。
圖1：《國家量子倡議法案》（NQIA）
頒佈後美國量子信息科學研發預算
圖2：按項目組成部分劃分
的美國量子信息科學研發
在美國，公眾普遍認為針對量子研發的注資仍然不夠。事實上，美國量子倡議諮詢委員會也持同樣看法，在向國會爭取“量子科學下一次迭代”方面的研發基金，以便為“國家保持在量子科學方面的戰略優勢”。
量子技術仍處於早期階段，研究成熟道阻且長。創新的第一步便是普林斯頓已故教授唐納德·斯托克斯所説的“巴斯德象限”，即被應用需求激發的基礎研究。然而民營企業沒有足夠的動力進行創新，因為它們既不能獲得投資所帶來的全部溢出收益，也難以預測投資回報的速度。此外，民營企業即便做相關研究，也侷限於有其商業相關性和經濟效益的領域，而不是達到公共福祉。因此聯邦政府的資助對確保新知識、新技術和新方法的研發至關重要。
目前，有幾個國家對量子領域的投資遠超美國，例如英國正在啓動為期10年的計劃，作為國家量子戰略的一部分，承諾從2024年起投資25億英鎊（31億美元），並額外吸引10億英鎊（13億美元）的私人投資。此外，歐盟的公共資金投入則是美國的四倍，而中國幾乎達到了八倍。
但問題是，美國需要多少投資才能維持量子領域的優勢？這很難回答。部分原因是，儘管政府通過《國家量子倡議法案》（NQIA）增加的資金力量可以量化，但很難評估這些投入所帶來的收益。並且美國對於量子研究的資金、時間和產出的比重，也沒有一致的衡量標準。僅僅在2023年3月能源科學聯盟（Energy Sciences Coalition）（一個由100多個組織組成的廣泛聯盟，代表大學、工業和國家實驗室的科學家、工程師和數學家）給國家量子倡議諮詢委員會的書面建議中，明確提到“從2024-2028年的五年時間裏，美國每年至少需要投入6.75億美元”。
從積極的角度看，美國正在推行的《芯片和科學法案》就包括量子領域的投資：例如注資5億美元用於量子網絡基礎設施的研發；而對其他關鍵行業的投資也將惠及量子應用，例如20億美元的國防部（DOD）微電子研發項目。就將為依賴微電子組件的量子系統開發帶來巨大紅利。
不幸的是，儘管不少政客在口頭上支持關鍵行業的創新投資，但《芯片和科學法案》並沒有得到所需的資金支持。拜登政府的2024財年預算請求和聯邦政府的2023財年綜合支出法案都沒有達到《芯片和科學法案》設定的資金目標，前者少了50多億美元，而後者與美國國家科學基金會（NSF）、能源部（DOE）科學辦公室和美國國家標準與技術研究所（NIST）的授權目標相比，少了近30億美元。
此外，考慮到最近圍繞降低聯邦總支出的鬥爭，芯片資金和《國家量子倡議法案》（NQIA）的重新授權似乎很緊張。正如眾議院科學、空間和技術委員會的一名成員指出的那樣，“在本屆國會上，我們應該不會看到像去年類似的芯片相關的計劃。”而如委員會的另一位成員所説，“《芯片和科學法案》的‘科學’部分必須得到撥款，這將在量子信息科學的基礎研究和應用研究中產生巨大紅利。”
2.促進跨學科研究
早在1999年，美國國家科學基金會（NSF）便先見地指出，量子研究具有深刻的跨學科性，該領域的進步需要“在數學、計算機科學和信息理論、理論物理學和實驗物理學、化學、材料科學和工程學等多個學科具有專業知識的人共同努力”。例如開發一個能夠在存在噪聲和其他干擾的情況下運行的系統，就需要量子通信協議、計算機算法、硬件設計和實驗物理方面的專業知識。
但到迄今為止，量子研究方面的跨學科合作並未有效地建立。而這源於聯邦政府盤根錯節的資助：在一份2018年的國會研究服務部的報告中發現，“聯邦部門，甚至在一個部門的辦公室內，就存在不同學科間可能排斥的研究資助，因此研究人員之間的協調合作變得困難。”
美國國家科學基金會（NSF）和美國能源部（DOE）都在努力通過支持跨學科研究中心的建立來克服這些體制障礙：
美國國家科學基金會（NSF）專注於促進大學中心和研究所跨部門的學者合作。截至2023年3月，該機構已資助了五所量子飛躍挑戰研究所。拿其中之一舉例：馬里蘭大學的研究所專注於構建能夠穩健模擬量子系統行為的系統，該研究所除本校師資外，還彙集了杜克大學、普林斯頓大學、北卡羅來納州立大學、耶魯大學的研究人員。
如圖三所示，美國國家科學基金會不僅資助專注廣泛量子科學和技術研究的研究中心，還資助了幾個量子鑄造廠，專注開發和製造量子技術所需材料，例如量子位和量子傳感器等。
圖3：美國國家科學基金會
對量子研究中心的規模投資
另一方面，美國能源部（DOE）在自己的國家實驗室建立了跨學科量子研究中心，目前已建立五家，具體研究方向如下：
（1）布魯克黑文國家實驗室領導的量子優勢聯合設計中心，專注於開發創造容錯量子計算機系統所必要的工具；
（2）阿貢國家實驗室領導的Q-NEXT，專注於解決如何可靠地控制、存儲和遠距離傳輸量子信息的問題；
（3）橡樹嶺國家實驗室領導的量子科學中心，專注於推進量子材料、傳感器和計算機程序研究；
（4）勞倫斯伯克利國家實驗室領導的量子系統加速器，專注於開發一系列可擴展的量子系統；
（5）費米國家加速器實驗室領導的超導量子材料與系統，中心專注於為下一代量子計算機開發超導材料和設備。
總體而言，各中心的合作發展良好，然而也伴生了行政負擔：聯邦政府對研究型大學的要求過高，阻礙了大學研究的效率和生產力，而這些問題正在影響研究中心的合作，並隨着時間推移惡化，同時限制了工業部門的參與。委員會向國會提出的建議包括，國會應增加國家科學基金會量子研究中心的資金，以支持專業行政人員，並應該支持那些為了實現這些合作而統一形式和協議所做出的工作。
3.量子研發基礎設施的搭建
美國量子研發領先地位的關鍵之一是美國大學和國家實驗室坐擁世界一流的研究設施，其中最重要的三個可能是量子用户設施、量子鑄造廠和量子試驗枱。
量子用户設施：如量子計算機，為研究人員、學生和博士後提供先進量子系統的訪問。它們將幫助培訓量子行業的預備勞動力。例如美國能源部（DOE）橡樹嶺國家實驗室的量子計算用户項目，提供了最先進的量子計算訪問資源。
量子鑄造廠：專門開發和生產量子器件和系統材料的設施或組織，如生產量子比特，是量子計算機的基本組成部分。代表性的有加州大學聖巴巴拉分校的量子鑄造工廠，和蒙大拿州立大學和阿肯色大學聯合領導的MonArk量子鑄造廠——它位於阿貢國家實驗室，佔地6000平方英尺，專注開發可擴展的半導體量子系統。
圖4：阿貢量子鑄造廠的稀釋冰箱
為量子位性能創造了理想的環境
量子試驗平台：測試和試驗量子計算硬件和軟件的平台，包括量子計算機、模仿量子系統行為的模擬工具等，它們將輔助開發和完善量子算法、軟件和應用程序，並測試不同類型量子硬件的性能。
美國的量子研究設施曾世界領先，然而現今不再如此。根據2021年美國能源部（DOE）發佈的報告發現：（1）雖然美國的設施在技術上領先，但數量遠遠不足使用需求；（2）與美國相比，其他地區對輔助大學和工業用户使用這類設施的人才資源更為廣泛。
國家量子倡議諮詢委員會科學和基礎設施小組委員會在其對研究設施狀況的評估中重申了這些發現。而委員會指出，美國民營企業的研究設施超過了其他國家，美國應該利用這一優勢。
基於此，《芯片和科學法案》的“科學和技術量子用户擴展計劃”（QUEST）授權預算1.658億美元，為期五年，要求能源部（DOE）通過透明、擇優審查的申請程序，努力提高美國研究人員和實驗室對美國量子計算資源（包括民營企業資源）的可訪問性。
4.建議
（1）國會應重新授權《國家量子倡議法案》（NQIA），併為其在2024-2028年間在芯片資金之外再至少撥款5.25億美元/年。
（2）國會應全額資助《芯片與科學法案》授權的“科學和技術量子用户擴展計劃”（QUEST），以提高研究人員獲得美國量子計算資源的可訪問性。《芯片與科學法案》授權了美國歷史上最大的公共資助研發項目。對量子研究的資助包含在《芯片與科學法案》的“科學”部分，而“芯片”部分規定了美國的半導體研發。不幸的是，目前的政府撥款沒有達到該法案規定的目標，資金投入主要集中在“芯片”部分。為了正確推動量子創新，國會應該為該法案的“科學”部分提供足夠的資金，特別是應該為QUEST計劃提供資金。
（3）作為《國家量子倡議法案》（NQIA）重新授權的一部分，國會應在能源部（DOE）內建立一個量子基礎設施計劃，以幫助滿足研究人員對設備的需求。目前，還沒有專門的項目或資金來源來滿足量子研究人員和開發者的特定基礎設施要求，《國家量子倡議法案》（NQIA）迄今為止也沒有充分關注到供應鏈需求和製造能力。這一計劃應在五年內獲得至少3億美元的授權。
▍加強量子勞動力
美國與人才相關的政策包括K-12項目和高等教育階段的量子研究教育、現有量子勞動力的培訓，以及留住外國人才的移民政策。
1.量子教育
（1）小學和中學教育
K-12級別的量子教育才剛剛起步。在美國，中小學教育的責任，包括學校資金、教學證書和課程，都落在各州政府身上，這將確保國家未來擁有熟練的量子勞動力。
現階段，聯邦K-12量子教育計劃的重點是向中學生和高中生介紹量子技術和科學的概念。2020年8月，科學和技術政策辦公室（OSTP）和美國國家科學基金會（NSF）聯手在聯邦政府、行業、專業協會和教育界之間建立了國家Q-12教育夥伴關係，為課堂和課程材料奠定基礎。它創建的資源包括幫助教育工作者將量子研究融入STEM課程，如化學、物理，和計算機科學（CS）課程，以及教科書、課堂講稿和量子相關教育在線課程等有用工具的存儲庫。
然而，美國分散式教育參差不齊，量子科普的深度和範圍也存在差異。國家量子研究合作伙伴認為，將量子科學融合到計算機科學CS課程中，是比較可行的途徑之一。54%的美國高中提供計算機科學課程，50個州和哥倫比亞特區中只有27個州要求所有高中提供計算機科學課程。此外，美國國家科學基金會（NSF）在2018年資助的一項研究發現，計算機科學課程的教學地點存在地域差異，西部（44%）和東北部（43%）的學校比中西部（30%）和南部（24%）的學校更有可能提供計算機科學課程。這些差異可能意味着，一開始只有有限數量的學校能夠有效地將量子科學融入計算機科學課程。
美國道路的另一種選擇是在STEM科目中採用更集中的、國家政府授權的計算機科學整合方法，如將量子物理學納入教學大綱，並將這一主題作為期末考試的必修部分。在美國教育系統的現實中，這種方法可能不現實，但美國政府應該認識到，其他國家正在努力調整其教育系統，為自己未來的大量勞動力做好準備，並考慮如何最好地確保國內教育公平並儘可能有效地發揮作用。
除了正式的課堂教學外，還有一些非正式的學習機會正在開發中，供教師、學生和家庭使用。一些非營利組織、學習計劃和課程如雨後春筍般湧現，為高中生提供可訪問和包容性的量子教育。
民營企業還通過一系列不同的舉措，從課後計劃到黑客馬拉松，加強了計算機科學在學校的整合。雖然可能沒有關於營利性公司為量子教育做出貢獻的確切金額的全面數據，但這些舉措和計劃表明，人們對支持量子教育的興趣和投資越來越大。
（2）高等教育
與美國高中在量子科學STEM教育較差的現狀不同，很多美國大學擁有強大的STEM項目，並越來越多地整合量子課程，吸引了來自世界各地的學生。
在本科階段，很少有大學提供專門的計算機科學專業。相反，計算機科學相關課程通常作為STEM學士學位的選修課，主要涵蓋基本概念或提供量子信息主題的廣義介紹。例如，科羅拉多大學博爾德分校提供廣義學科的量子工程輔修課程，墨西哥大學提供為期10周的量子技術夏季本科生研究課程。
特定的量子信息相關軌道在物理學、工程學和計算機科學等學科的碩士階段更為常見。一些學校擁有完整的量子科學碩士課程，包括加州大學伯克利分校、杜克大學和哥倫比亞大學。同樣，與量子信息系統相關的軌道通常在現有的博士項目中提供，如物理學或計算機工程，儘管最近哈佛大學推出了一個獨立的量子科學與工程博士項目。
理想情況下，學院和大學會調整其學位設置，以確保想要學習量子相關領域的學生能夠選修所需的課程，獲得學習機會，為在未來的工作中茁壯成長做好準備。但在現實中，大學面臨着一些改革挑戰。
從財務角度來看，量子研究和教育需要大學投資昂貴的設備和設施，並聘請合格的教師來教授和開發課程，所有這些都可能是巨大的財務負擔。對於公立大學來説，預算限制尤其緊張。在過去的10年裏，越來越多的州改變了提供資金的方式：從衡量學生入學率轉為更實際的大學畢業率。而這種監測方式使“大學更傾向開設大型必修課程確保學生完成率，而勸退教師去開設新興、前沿的課程”。
有一件事可以幫助大學就如何最好地教育未來的量子勞動力做出更明智的決定，那就是了解學生可以獲得的量子工作類型，以及哪些技能和學位與這些新工作最相關。幸運的是，由美國能源部（DOE）費米實驗室領導的一個研究小組最近發表了一項調查結果，評估了美國量子行業不同職位所需的學位。圖4顯示了57個組織表示的從事各種工作所需的不同教育水平和資格。
圖5：量子行業不同職位所需學位的分佈
調查得出了兩個重要結論。首先，量子行業有很多工作機會，從像量子算法開發人員和糾錯科學家這樣高度特定的工作機會，到商業、軟件和硬件行業這類更廣泛的工作類別。這些更廣泛的工作需要一系列的技能，其中大多數與量子無關。開發新課程和學位項目的教育工作者應考慮到特定量子課程和更通用的STEM課程之間的平衡。其次，公司正在尋找一系列學位級別來填補新出現的量子職位，從學士到碩士再到博士，不過對研究生學位的要求更為普遍。因此，大學比較明智的做法是繼續在碩士階段提供量子科學的特定課程，並在學士階段將單一課程或計劃整合到現有課程中。
（3）勞動力培訓
根據2021年2月發佈的量子信息科學與技術（QIST）勞動力發展國家戰略計劃，量子領域在學術界、工業界、國家實驗室和政府中的崗位數量超出現有人才數量。它認為有四項勞動力政策對政府至關重要：瞭解量子技術產業對勞動力的具體需求，通過公共宣傳及教育向公眾介紹量子技術、縮小量子技術在高校教育和就業市場之間的差距，降低量子從業者的求職難度，獲得職業公平感。
包括國家量子倡議諮詢委員會和量子經濟發展聯盟在內的多個機構已經對第一步行動的緊迫性進行了響應，但是，儘管人們普遍認為存在技能差距問題，但對於“量子專業知識”或“量子勞動力”的定義似乎沒有達成共識。如果沒有一個共同的定義，就很難真正理解技能錯位的普遍性、規模和集中度。如圖5所示，在衡量量子信息科學與技術員工時，從頂級糾錯專家到可以組裝硬件的入門級技術人員，可以包括許多類型的專業知識。量子信息科學與技術專業知識也有許多不同的領域；想要使用量子計算來模擬化學分子的團隊需要在量子硬件、軟件和算法方面的專業知識，以及對化學的深入理解。因此，政府的第一步是明確量子勞動力的構成。
（4）吸引外國量子人才
吸引和確保外國出生的高技能人才在美國量子創新和競爭力方面發揮着至關重要的作用。這考慮到擁有量子科學相關背景的博士生中，有一半以上是非美國學生。例如，谷歌的量子團隊由出生於德國的哈特穆特·內文（Hartmut Neven）領導，IBM的量子計算團隊由出生於澳大利亞的傑伊·甘貝塔（Jay Gambetta）領導，總部位於加利福尼亞的量子計算公司Rigetti Computing由加拿大出生的查德·裏蓋蒂（Chad Rigetti）創立。鑑於外國出生的量子科學工作人員對美國創新成功的重要性，美國需要制定政策來加強和擴大移民渠道，讓訓練有素的量子科學人才能夠在美國進行創新工作，包括美國學院和大學的外國STEM畢業生。
儘管包括英國、中國、加拿大、法國和澳大利亞在內的許多競爭對手國家都採取了靈活的移民政策，以吸引量子科學和其他技術領域的外國人才，但美國的移民制度在過去50年中基本保持不變。美國過時的簽證法，以及對其他國家人才的國際競爭，導致許多國際科學家和工程師將目光投向美國以外的地方尋求教育和就業機會。美國行業領袖指出，加拿大、中國、法國和英國等擁有強大量子背景的國家，特別擅長吸引從美國培養的人才。五年後，這一趨勢似乎沒有太大改善，正如美國政治報紙《國會山報》2023年2月的一篇文章所指出的那樣：“在過去十年中，加拿大培養了大量新的移民STEM工作者和大學生，而美國卻恰恰相反，在這裏工作的移民STEM專業人員越來越少。”
2.建議
（1）國會應全額資助《芯片和科學法案》授權的美國國家科學基金會（NSF）量子教育試點計劃，該計劃將撥款3200萬美元用於支持K-12學生的教育和QIS基本原則的教師培訓。
（2）國會應指示美國國家科學基金會（NSF）與美國國家標準與技術研究所（NIST）合作，對量子勞動力需求、趨勢和教育能力進行系統研究。
（3）國會應授權並資助美國能源部（DOE）領導的培訓計劃，該計劃將幫助攻讀學士、碩士或博士學位的學生實現與美國能源部（DOE）國家實驗室合作，以獲得實際的QIS體驗。
▍構建量子生態系統
美國成立了一個以問題為中心、由行業主導的聯盟，名為量子經濟發展聯盟（QED-C），其主要重點是促進和發展量子產業。美國並不是唯一一個創建這樣一個機構的國家，有其他三個地區也有類似的聯盟：日本量子戰略產業革命聯盟、加拿大量子產業聯盟和歐洲量子產業聯盟。他們都在做類似的重要工作，但量子經濟發展聯盟（QED-C）在兩個特定領域對美國至關重要：識別供應鏈依賴性和支持商業化。
1.識別供應鏈依賴關係
量子計算機似乎是供應鏈問題中最突出的量子科學技術。量子經濟發展聯盟（QED-C）在2022年的一份報告中指出，“根據對跨量子計算（QC）生態系統中跨量子計算商業實體的調查，人們非常擔心未來幾年可能會出現嚴重的跨量子計算相關供應鏈中斷問題。潛在的瓶頸問題廣泛分佈在整個供應鏈中，包括從確保獲得必要的原材料到穩定供應的訓練有素的軟件專家。“政府問責局在2021年的一份報告中指出，量子技術供應鏈是全球性的和專業化的。鑑於供應鏈的複雜性，如果鏈中的單個環節不可用，都可能會導致技術開發延遲和其他挫折。”
在一些情況下，美國依賴其盟友。例如，芬蘭和英國是低温設備開發和生產的領導者，這些設備對於創造某些量子計算機運行所需的極冷條件至關重要。然而，在其他情況下，美國可能會依賴中國。中國主導着稀土離子市場，稀土離子是構建量子技術最通用的材料之一，因為它們可以在相對較長的時間內保持量子態，併發射和吸收特定波長的光，使其在量子通信、量子傳感和量子計算等應用中其重要作用。如今，中國的稀土開採量佔世界的63%，稀土加工量佔85%，稀土磁體產量佔92%。
目前，因為量子科學領域的不斷發展，並沒有形成穩定的供應鏈，這意味着漏洞的危險性處在一個不斷上升又下降的不確定狀態。在未來幾年裏，稀土離子可能會成為量子位的實際材料，但也可能不會，而量子計算機的另一種實現方式會勝出。這就是政策制定者應該持續跟蹤美國量子供應鏈動態和可能產生影響的外國政府政策舉措的原因之一。
2.支持商業化
大規模量子系統，特別是量子計算機的發展，依靠的是當今較小系統的規模化能力。正如美國國家科學院、工程院和醫學院2019年的一份報告所指出的那樣，從歷史上看，技術系統的增長是一個良性循環的結果，在這個良性循環中，更好的技術產生更多的收入，公司將這些收入再投資於研發，這反過來又吸引了新的人才和幫助將技術提升到下一個水平的公司（見圖6）。要開始量子科學技術的良性循環，關鍵是為目前正在開發的量子技術的近期應用創造一個不斷增長的市場，而這反過來又取決於一個充滿活力的學術、政府、以及商業參與者。
圖6：擴展新技術的良性循環
3.建議
（1）國會應指示商務部與量子經濟發展聯盟（QED-C）合作，審查量子供應鏈並識別風險。
（2）國會應指導並資助最近在美國國家科學基金會（NSF）內成立的TIP理事會，為受用途啓發的研究建立量子試驗枱。
▍量子國際合作
量子研究正在地緣政治環境中興起。美國正努力與利益相關的夥伴進行合作，協調量子技術的發展。它還考慮建立出口管制方案，以保護量子科學。
1.協調量子技術發展
美國已與澳大利亞、加拿大、丹麥、法國、芬蘭、印度、日本、荷蘭、瑞典、瑞士和英國等國簽署了幾項關於量子科學的雙邊合作協議。與利益相關的國家合作開發量子科學技術至關重要，因為創新和製造相關的必要材料所需的費用、複雜性和規模意味着沒有任何一個國家能夠獨善其身。面對來自中國的競爭和挑戰，盟國合作至關重要。
2.出口管制
出口管制是管理向各種目的地、用途和用户出口實物、軟件、技術（有時是服務）以實現某些國家安全和外交政策（包括人權）目標的規則。在美國，商務部工業和安全局（BIS）根據《出口管理條例》對敏感技術的出口進行監管，包括與量子技術有關的技術。
商務部工業和安全局正在制定新的出口管制措施，以阻止中國量子計算領域的發展。2021年，該機構提議增加一個新的出口控制分類號（ECCN），以控制量子計算機和相關電子元器件和組件的出口，包括指定的量子比特設備和電路以及量子控制組件和測量設備。該規則還建議通過更新出口控制分類號（ECCN）的“加密商品、軟件和技術”和出口控制分類號（ECCN）的“軟件”來控制這些項目的開發和生產的某些相關技術和軟件。
3.建議
（1）國會應指示美國能源部（DOE）制定並領導一項計劃，邀請盟國共同投資量子登月計劃。
（2）國會應指示美國國家標準與技術研究所（NIST）優先促進美國參與，特別是美國行業利益相關者參與《國家量子倡議法案》（NQIA）重新授權的國際標準論壇。
▍結論
包括中國在內的許多國家都在積極追求量子技術的進步。英國、澳大利亞和歐盟等幾個國家和地區已經啓動了廣泛的研究計劃和項目，旨在鞏固其在量子領域的地位，其中一些國家和地區的規模和範圍已經超過了美國，這使得美國在量子方面的領導地位遠未得到保證。
量子技術不僅對國家安全很重要，還有可能對經濟和社會產生變革性影響。就美國的經濟和社會福祉而言，處於這一技術前沿的最前沿對美國的戰略至關重要。美國政府應立即採取積極措施，保持其領導地位。
本文為文化縱橫新媒體原創編譯“技術革命的衝擊與重構”之十，編譯自美國科技創新智庫“信息技術和創新基金會”（ITIF）旗下數據創新中心的研究報告，原題為《美國的量子政策方針》（The U.S. Approach to Quantum Policy），僅代表作者觀點。歡迎分享轉發，轉載請聯繫本公眾號。