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美欲赢下量子信息人才战,从战略计算到量子计

2019-09-15 23:36栏目:战术战略
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近十余年来,量子计算技术无论在理论还是应用方面都取得显着进步。研究者们普遍估计,量子计算将在不久的将来实现质的突破,并可能引发下一场科学技术革命。美国更是将量子技术视作为确保未来国家影响力而必须开拓的“新边疆”,投入大量资源进行量子物理基础理论及量子计算研究。尽管这些工作短期内并不可能取得的成果,但通过长期的全面布局和积极协调的推进,美国在相关研究和应用领域已经逐步呈现破局之势,必将在未来产生深远影响。

上个世纪七十年代末、八十年代初,我国刚刚打开国门,“科学的春天”刚刚降临。而彼时作为世界第二大经济体的日本,其经济、工业和科技实力正处于历史之巅。仅以现代电子技术的基础性产业—半导体为例,在上个世纪八十年代的时候,全球半导体产业前十名当中日本企业占了六家,前三甲均为日本企业,国际市场份额超过52%以上,垄断能力堪比今日美国、中国台湾和韩国三方的芯片企业之和。甚至可以毫不夸张的讲,当年世人对各式各样的日本电器产品的偏爱远超今日人们对iPhone这款单一产品的追求。然而即便如此,日本政府,特别是产业界和科技界的决策者仍有一个巨大的“心理阴影”,还憋着一口气:那就是西方各界始终认为日本民族“只知模仿、缺乏原创”。从另一个视角,当年西方舆论界针对大和民族“搭便车”的这种指责对于今天我国民众而言是何等的熟悉!

“不自量力”这个成语在物理学领域还有个有趣的引申义,就是“不要试图自学量子力学”。美国白宫近日出台的一份战略性文件建议,为了在未来拥有一支量子科学的人才大军,应从早期开始部署量子科学教育,包括小学、初中和高中阶段。

一、量子理论和量子计算技术发展即将出现新的突破

一、日本“第五代计算机”研发计划

这份《国家量子信息科学战略概览》在白宫量子信息与计算科学峰会上发布,起草机构为白宫国家科技理事会(NSTC)下属的量子信息科学委员会。

量子理论的产生和发展始终伴随着不断的质疑和争论,其所提示的规律与人类直觉常识存在直接冲突。量子计算理论奠基者之一,着名物理学家理查德·费曼曾表示,“如果你觉得懂量子力学,那么你就不懂量子力学”。经过一个多世纪的发展,量子理论不仅不断在实验中验证其客观性,而且展现出极其强大社会进步推动力。

为了改变日本的国家形象,彻底扭转西方国家的偏见,同时也为本国的高科技产业谋划升级换代之路,变“跟跑”为“领跑”,1979年至1982年由日本“国际贸易与产业省”牵头,会同日本各大高科技公司及一流科研机构,对世界未来的战略科技发展趋势进行了为期三年的全面分析与论证。1982年4月,日本“国际贸易与产业省”正式对外宣布实施为期十年的“第五代计算机”研发计划,总投资为1000亿日元,剑锋直指人工智能,力争在九十年代初与IBM等世界计算机龙头企业全面拉开代差,开创全球智能计算机的全新局面。顺便值得一提的是,我国最早的计算机智能化项目之一—“中医专家系统”也诞生于那个年代。

该委员会于今年6月成立,职责是协调美国联邦政府关于量子信息科学(QIS)的研发活动,持续拓展量子信息科学的应用,保证美国在这一领域的领先地位。

量子应用技术即将进入崭新发展阶段

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文件将量子信息科学定性为新一代技术革命,其发展将提高美国的工业基础,创造就业,并带来经济和国家安全利益。特朗普政府承诺将维持并拓展美国在量子信息科学领域的领先地位。

量子理论起源于上世纪初,为解决经典物理理论无法解释微观世界现象的问题,着名科学家马克斯·普朗克在1900年首先提出了“量子”概念。在此之后,大量科学家通过不懈的努力逐步建立起量子力学理论框架。尽管科学界至今仍然认为量子理论的根本性阐释不够完善,但是在过去的一个世纪,在量子理论基础上发展起来的半导体微电子和光通信技术却成为信息时代来临的根本推动力。量子理论实际上为当代世界发展和繁荣奠定了基础。

日本“新一代计算机技术研究所”所长渊一博

为此,文件给出了6点政策建议,并强调遵循落实这些建议关乎美国未来的成功。

如果说量子理论引发了一场席卷全球的技术革命,那么进入21世纪,这场革命将进入全新的发展阶段,转折发生的契机就是一种新型跨学科领域的诞生:量子力学和信息科学融合而成的量子信息科学。目前量子理论的应用还是仅仅局限于宏观世界,应用的对象依然是电流和光等经典物理量,而不能直接操纵电子、光子等微观粒子。换言之,量子理论的“外围应用技术”不断发展成熟,而直接利用量子世界不确定性的应用技术尚未真正出现。但随着特定领域的经典物理技术发展达到极限,真正触及量子理论核心的技术应用必将成为各国争相发展的重点领域。

日本的“第五代计算机”是计划把信息采集、存储、处理、通信同人工智能结合在一起的智能计算机系统。它能进行数值计算或处理一般的信息,主要能面向知识处理,具有形式化推理、联想、学习和解释的能力,能够帮助人们进行判断、决策、开拓未知领域和获得新的知识。然而,“第五代计算机”的命运是悲壮的。1992年,因最终没能突破关键性的技术难题,无法实现自然语言人机对话、程序自动生成等目标,导致了该计划最后阶段研究的流产。

这六点政策建议包括:

量子效应决定着“摩尔定律”必将走向终结

二、美国国防部“战略计算倡议”

1、采取科学优先战略

近年来,现代计算机芯片中集成度的增长逐步达到极限。目前投入市场的主流芯片使用的是14纳米技术,个位数纳米级别芯片也已经实验成功,即将实现工业生产和商业应用。但根据量子力学原理,传统半导体晶体管栅极线宽的极限值约为5纳米,当超出这种保持电子稳定所需结构的极限时,量子隧穿效应将不可避免地干扰电子元件的运行。尽管有研究团队宣布通过特殊材料和手段可以在实验室中将晶体管制程缩减到 1 纳米,但此类技术只能在有限范围内对强化传统芯片性能,无法阻止“摩尔定律”未来必将被打破的趋势[1]。

可以想象,当年这个日本版的“AlphaGo”计划给美国各界带来了何等的震撼!在密切跟踪分析日本“第五代计算机”研发计划的基础上,美国国防高级研究计划局“不辱使命”于1983年针锋相对的启动了名为“战略计算倡议”(Strategic Computing Initiative,SCI)的研发计划,项目周期也是十年。美国着名的《新闻周刊》就此刊登了封面故事,非常准确的将其称之为“美日两国在该技术领域展开激烈竞争”。

2、打造量子科学的未来劳动力

当现代计算机芯片在经典物理领域内无法进一步提升结构性能时,计算技术的发展总体上存在两条路径:研究探索有别于当前计算机架构的新型结构,或者继续深入研究量子力学规律并使其直接应用于计算的技术。前一种方案将抛弃当前计算机所遵循的冯·诺依曼架构,采用诸如神经元结构重新组织芯片运行方式,但是采取的依然是当前使用的CMOS芯片;后者将改变芯片的基本结构,直接利用量子叠加态实现传统计算机功能,这种方案的前提假设是未来新型计算机依然基于数字化“逻辑门”。

经过十年的研发,在投入了大量人力物力之后,到了上个世纪九十年代初,无论是日本的FGCS还是美国的SCI均由于技术跨越过大而失败(否则也不会有今天IBM的“深蓝”、“Waston“,以及谷歌的“AlphaGo”了)。然而,与日本人铩羽而归,并将其研究成果免费与世人共享不同,美国总结了“战略计算倡议”的经验教训,并在此基础上启动了一个新的高新技术战略计划—“网络与信息技术研发计划”(Networking and Information Technology Research and Development Program, NITRD,即克林顿政府时期的“信息高速公路”计划)。NITRD计划从1992年开始实施至今,奠定了美国在IT技术及其诸多衍生领域的霸主地位则一直是NITRD计划的核心组成部分之一,只不过这个代表国家核心竞争力领域的明争暗斗已经从上个世纪八十年代的美日之争悄然转变成二十一世纪的中美之争。对此,美国将根据新的竞争对手,推出新的战略计划。

3、深化与量子产业的合作

无论未来高性能计算系统采取哪种方案,世界各国量子计算技术的研发竞争都不可能减弱。因为尽管存在大量严峻挑战,量子计算关系着国家未来发展的基础计算能力,根本不可能依靠外力支持发展。而量子计算技术一旦形成突破,就会产生颠覆性创新效应,使掌握这种能力的国家将迅速建立起全方位优势。

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4、提供关键基础设施

量子计算技术的巨大潜力与面临的关键挑战

三、举全国之力的“国家战略计算倡议”

5、维护国家安全和经济增长

量子计算系统强大性能来源于具备特殊属性的量子比特。经典计算机的最小数据处理单位是比特,其在工作时将所有数据排列为一个比特序列,对其进行串行处理;而量子计算机使用量子比特,基于量子叠加态和量子纠缠效应,量子计算机本质上具备并行处理能力,理论上其计算能力可随着量子比特位数的增加呈指数增长。[2]在某些领域中,拥有50个量子比特的量子计算机性能就能超过目前世界上最先进的超级计算机“天河二号”。[3]如果达到实际应用水平,量子计算机能够将某些经典计算机需要数万年处理复杂问题的运行时间缩短为几秒钟。

为了应对世界经济、政治、科技和军事等领域急剧变化的新格局,未雨绸缪下好先手棋,2015年7月29日美国白宫正式公布了“国家战略计算倡议”(National Strategic Computing Initiative,NSCI)。尽管该计划的名称与三十几年前美国国防部高级研究计划局的“战略计算倡议”仅有一词之差,但“国家”二字已经展现出美国将举全国之力,在“后摩尔时代”继续牢牢把控未来计算的核心竞争力,并与其他竞争对手拉大代差的雄心壮志,堪比上个世纪四十年代的“曼哈顿计划”和六十年代的“阿波罗计划”。

6、提高国际合作

研制量子计算机的关键就在于量子比特的制备方式。量子比特高度不稳定,外界任何微弱的环境变化都可能对其造成破坏性影响。因此,量子计算机的核心部件通常处于比太空更加寒冷的密封环境中,防止受到其他粒子、电磁场、温度等因素的干扰。量子比特的制备方式存在多种方案,但无论是“超导型量子逻辑门”、“离子阱量子门”还是“半导体量子点”,目前都无法制造并长时间保持高质量的量子比特,从而以一种可控制的方式对不同类型任务进行编程。但是近年来,相关研究项目的突破已经为量子计算机奠定了坚实的软、硬件基础,通用型量子计算机即将在不远的将来成为现实。

纵观“国家战略计算倡议”的战略框架,人们可以发现该计划的一大特色,即联邦政府“既是主导,又是主体”的色彩非常浓厚。在美国传统的科技文化当中,政府一般仅仅是提出战略方向的倡议,产学研各界各自再根据科学技术发展规律和市场规律来决定是否响应,以及如何来配置资源。然而此次“国家战略计算倡议”开宗明义就指出联邦政府各要害部门将全程主导并参与未来新型计算领域,主要表现在以下领导机构、组织管理、政府用户等三个方面:

在打造量子科学的未来劳动力部分,文件提到,应鼓励产业界和学界建立殊途同归的跨部门通道,发展多样化的人力资源,以满足国家的量子信息科学需求;

二、美国在量子计算技术领域的战略布局和发展现状

一是“国家战略计算倡议”项目的领导机构是国防部和能源部这两个世界上最大的计算用户;

鼓励学界把量子科学和工程当做一个专门的学科,从各个层级提出对新教员、新项目、新措施的需求;

出于国家安全利益的紧迫需求,美国高性能计算能力几乎与核能力同时开始发展,并且在全面核实验因国际政治局势发生根本性变化而不再具有可行性后,成为确保核武器安全和可靠性的重要手段。更为重要的是,美国在不断提高经典计算能力的同时,也没有忽视突破传统计算技术极限的新型计算方案的发展。目前,美国已经在量子计算领域完成战略布局,在理论研究方面推进量子信息科学(quantum information science)的学科建设,在应用技术层面以研发高性能计算系统(high-performance computing)为牵引,重点突出量子计算硬件设备发展。目前,上述两项工作都被提升到国家战略层面,正处在加速推进落实的过程中,并已经取得了若干阶段性成果。

二是由世界上最大的大数据集成单位国家情报总监办公室下属的情报高级研究计划局和主管全美标准化的美国国家标准技术研究所,做为“国家战略计算倡议”项目的组织执行机构;

利用并升级现有的项目,提高量子信息科学可用人力资源的规模;

瞄准量子计算领域前沿预先布局是美国夺取和维持发展优势的基础

三是“国家战略计算倡议”的直接用户则包括了联邦调查局、国土安全部、国家安全局、国家航空航天署、国家卫生研究院,以及国家海洋与大气署等。

从早期开始部署量子科学教育,包括小学、中学和高中阶段;

美国国防工业,特别是核工业,对高性能计算系统的需求始终伴随着计算机系统的发展而存在。从战略角度出发,美国政府对多种有可能突破经典计算机能力限制的技术都进行了投资。作为美国科学技术政策的主要咨询和决策机构,美国国家科学和技术委员会(National Science and Technology Council)、科学技术政策办公室(Office of Science and Technology Policy)和国家标准与技术局等机构一直以来都高度重视量子信息科学的发展,其中尤其以量子计算技术为突出重点。1982年,理查德·P·费曼和保罗·贝尼奥夫分别发表了相互支持的论文,从理论上提出驾驭量子物理属性进行计算操作的方案。[4]在美国国家标准与技术局的支持下,戴维·瓦恩兰领导的离子存储团队于1995年第一次在实验中验证了量子逻辑门的可实现性。虽然此时传统计算技术正处于快速发展的黄金时期,但关于未来技术挑战和突破的机遇却已经进入美国相关科技决策机构的考察范围。国家标准与技术局在2000年启动了一项以量子信息科学为研究重点的项目,目标包括验证基础的量子逻辑操作;在瓦恩兰成果基础上研制更加先进的量子逻辑门;研究一系列量子比特技术;支持国家安全局、国防高级研究项目局、情报高级研究项目局的工作等内容。

需要说明的是,情报高级研究计划局是美国情报界学习国防部的国防高级研究计划局的成功经验而成立的类似技术创新管理部门,情报高级研究计划局的前身是国防部下属的颠覆性技术办公室。至此,“国家战略计算倡议”从领导层、组织层和应用层形成了一个闭环。更加值得关注的是,整个“国家战略计算倡议”还有一个顶层协调领导机构,采用“双主席制”:由总统行政办公室主任及联邦预算管理办公室主任出任,负责协调联邦政府各部门在“国家战略计算倡议”推进过程中的各项工作,以及负责审核“国家战略计算倡议”的年度进展报告。计划管理力度如此之大,这一点在美国其他国家级科技战略倡议当中极为罕见。

与相关机构和产业合作,拓宽受众范围,同时利用艺术、媒体或文化机构等新兴、非传统渠道;

2008年,美国总统行政办公室国家科学和技术委员会发布了《联邦量子信息科学预想》(Federal Vision for Quantum Information Science),指出量子信息科学将对上世纪出现的革命性的量子力学和信息科学进行融合,并且充分强调量子计算效应在国家发展中的重要地位,呼吁采取协调方式推动政府机构和国家实验室的相关活动,从而在全国范围内开展重点突出的研究工作,其中涉及的单位包括美国国家标准与技术局、国家安全局、国家科学基金会、情报高级研究项目局、国防高级研究项目局、能源部、陆军研究实验室、空军研究实验室以及海军研究实验室等。值得注意的是,上述文件由在国家科学和技术委员会下专门组建的量子信息科学次级委员会撰写,该机构在此之后还制定了相关的投资战略。[5]

四、技术路线的选择

鼓励量子科学界跟踪并评估量子产业的未来人力需求。

上述文件的发布以及相关专项负责机构的成立标志着,美国正式开始在联邦层面统筹量子计算技术的发展工作,试图将此前分散于各联邦机构、国防部门、学术组织和私营企业中的研发力量集中起来,通过设定预想目标、协调各种组织力量、确定阶段重点研究项目等手段,充分发挥预先布局取得的积极作用,从而建立并维持美国在相关领域中的优势。

“国家战略计算倡议”计划分为近期和中长期两个档次。近期计划是在2020年完成百亿亿次超级计算机的研发,从而“挤干互补型金属氧化物半导体技术这颗柠檬的最后一滴水”,其具体负责的部门是美国能源部,2017财年获得的研发经费为2.85亿美元。我国十三五期间也将同步开展类似的研发。如果美国方面在此之后不再继续沿着CMOS技术路线走下去,那么百亿亿次数量级的超级计算机的竞争恐怕也将是两国在CMOS这个舞台上的谢幕之战。

具体来说,基础研究是培养量子信息科学人才的主要机制,此外,也需要跨学科、跨部门、跨技术的内容。然后,美国现有的教育体系着眼在离散的学科上,极少强调跨学科研究,难以帮助毕业生应对当下如量子信息科学这样的复杂问题。

政府机构持续实施的战略引导和投资是维持量子计算稳定发展的牵引力

“国家战略计算倡议”计划中最引人关注的是其未来10-20年的中长期规划。对此,美国战略决策部门提出了两条并行的思路:第一类是“研发那些超越CMOS理论极限的技术”,第二类是“为未来大规模计算开启全新局面的技术”。至于哪些技术属于第一类,哪些技术属于第二类,仍未有清晰的界定。而目前可供选型的方案包括“立体芯片”、 “逼近计算”、“超导计算”、“神经元计算”,以及“量子计算”等。但如果人们仔细分析这些方案背后的基础,却能发现暗藏玄机。

因此,培养学生虽然在传统上是学术界的责任,但政府部门和产业界也应参与进来,以满足国家的未来需求。

量子计算技术研究对环境要求极为苛刻,相关研究工作需要长期稳定的经费支持。而且作为一种基础学科研究,研究成果转化为现实应用的周期非常长,高企的研究风险使个人和以赢利为目的的企业难以参与,相关政府机构几乎是此类研究实施的唯一投资方。除了科学技术政策和研究机构以外,美国国防和情报部门也是量子计算技术发展的重要支持力量。

超导计算最早源自于上个世纪五十年代,着名的国防企业诺斯诺普▪格鲁曼公司,以及IBM等均在该领域进行了长期的研究。超导方案在上个世纪七十年代慢慢放缓了产业化的步伐,让位于CMOS技术。但“柳暗花明又一村”,由于拥有长期的技术储备,现在超导计算机技术已经逐步与超导型量子计算方案相融合。至于立体芯片技术,亦即将传统的平面芯片设计提升为三维立体芯片,从而在单位空间之下可以容纳更多的晶体管。该技术目前也在快速发展,但是否能够很好的解决散热问题,以及能耗是否急剧攀升等,均尚属未知。

文件认为,必须让量子力学走出高校,拥有更广泛的受众。在基础教育阶段,需要建立计算思维和科学思维导向的计算机和物理课程项目,从小培养兴趣。

在民事科研领域,掌握720亿美元年度预算的国家科学基金会是美国科技发展政策的主要实施机构。很明显,该基金会的投资会兼顾许多学科,但理论和应用量子物理研究项目多年来一起得到其稳定的投资。在国家科学基金会的网站上搜索“量子”关键词将出现数以百计的批准项目信息,每项都会达到数十万美元的规模。尽管所有搜索结果并非都与量子计算技术相关,但毫无疑问其中许多项目的研究成果都将直接或间接地促进量子计算领域发展。

逼近计算的倡导者认为并非所有的计算过程都需要无限的精度,在各个计算环节当中只需具有适当的精度,最后的结果也能令用户满意,逼近计算目前的代表作之一是Google公司基于深度学习算法的AlphaGo。而AlphaGo战胜人类围棋世界冠军背后的超级计算则是由所谓的“张量处理单元”(Tensor Processing Unit, TPU)专用芯片完成的。Google TPU团队负责人 Norm Jouppi 在 Google Research 博客中介绍,TPU 专为机器学习应用打造,可以降低精度运算,因而能够在同样时间内处理更复杂、更强大的机器学习模型,并更快地将这些模型投入使用,用户也能得到更快速、更智能的回复,从而形成一个正循环。

在量子信息科学的合理外延中存在既得利益的产业界、学术界和机构可以发挥重要作用,一方面借助新兴技术(比如云端技术),一方面发展多媒体课堂普及学习机会。

在国防研究领域,国家安全局在量子计算研究及其他相关领域研究的投资依然保持秘密状态。虽然2014年1月,《华盛顿邮报》在报道中称国家安全局已经在开发量子计算机方面投入了7970万美元,但是并没有透露更多具体信息。[6]尽管如此,国家安全局的合作机构却从侧面反映出其对该领域的投资力度。国家标准与技术局在2006年披露,其已经与国家安全局和马里兰大学合作创建联合量子研究院(Joint Quantum Institute)以推进量子物理研究,该机构最初的年度预算为600万美元并将逐年增长。[7]作为从上世纪90年代起就始终关注量子计算技术问题的先驱,国家标准与技术局已经建立起坚实研究的基础,并在2010年拨款1030万美元在联合量子研究院框架下组建了高级量子科学实验室(Laboratory for Advanced Quantum Science)。

神经元计算目前的代表作之一是IBM Watson实验室研发的TrueNorth芯片,其计算模式模拟人类的大脑神经末梢的工作原理。由于脑科学研究被誉为人类科学研究最后的“黑洞”,目前神经元计算也方兴未艾,但其科学机理仍在探索之中。作为前沿科学探索的热点未尝不可,但作为一个国家的战略选型方向,风险仍不可控。

此外,类似博物馆中的非正式教育工具,也可作为课余的有效补充。

在美国政府 2015 年提出的“国家战略计算倡议”(National Strategic Computing Initiative)中,情报高级研究项目局位于政府各部门分工的中心位置。事实上,情报高级研究项目局自从 2007 年开始就已经逐渐全面展开量子计算技术研究。从相干超导量子比特项目、多量子比特相干操控项目、量子计算机科学项目到量子逻辑芯片项目,情报高级研究项目局在量子计算的物理实现方式、量子计算机学科基础建设方面积累了一定成果和经验。特别值得注意的是,情报高级研究项目局在2016年初宣布启动量子逻辑芯片项目,这种硬件产品是研制通用型量子计算机的关键,如果这项技术取得突破,理论上可以制造出量子比特可扩展的计算系统。因此,该项目主管称其为类似于“曼哈顿计划——芝加哥一号反应堆”的核心项目。

尽管可供美国科技战略高层选择的方案也不少,但上述各类方案却有一个共同特点,即从本质上仍依赖CMOS技术。由于单个晶体管的尺寸如果接近或小于5纳米,就会产生“飘忽不定”的量子隧穿效应,所以这些方案均会被量子物理基本定律“锁死”。因此,假以时日,其他竞争对手只要投入足够的人力物力资源,那么在基于CMOS的高端芯片技术领域,以及由此建立起来的超级计算技术等核心领域,潜在对手们均可以和美国人并驾齐驱甚至超越。这种可预期的局面对于美国决策者而言是绝不会袖手不管的。

除了白宫量子信息科学委员会之外,美国农业部、能源部、国立卫生院、内政部、国土安全部、国务院、国家航空航天局、国家标准与技术研究院、国家科学基金会、国家安全局、国家情报总监办公室、行政管理和预算局、科学和技术政策局也参与起草了《国家量子信息科学战略概览》。

除此之外,美军各军种单位科研机构也与私营和公共部门伙伴共同投资进行了量子信息研究项目,但涉及经费数量规模的数字并未公布。例如,IBM公司在2012年2月发表声明,宣布在量子计算设备性能开发方面取得重大进展,可能会加速实用型全功能量子计算机的研发进程。在向媒体发布的信息结尾处,IBM公司承认得到了包括陆军研究办公室在内的国防机构经费支持。

“美国在高性能计算领域的领导力远未结束—它所具备的强大威力将有助于我们达到国家的首要目标,例如全球经济竞争力、科学发现,以及国家安全”。美国“国家战略计算倡议”计划清晰无误的表明了这一态度。因此,对于“国家战略计算倡议”带来的长远影响而言,就仅仅剩下了一种选择…。

在同一峰会上,美国能源部宣布为量子信息科学领域的85个研究奖项提供2.18亿美元的资助,研究课题包括:开发新一代量子计算机的硬件和软件、合成特殊量子新材料、探讨量子计算和信息处理对暗物质和黑洞等宇宙现象研究的帮助等。

私营企业在量子计算领域的差异化竞争形成整体有利的发展态势

五、长期战略布局聚焦于量子计算

美国国家科学基金会则宣布拨款3100万美元用以资助33项推动量子技术发展的研究项目。这些研究项目旨在推进量子通信技术,建立有史以来第一个完全连接的实用量子计算机,并帮助培养下一代量子科学家、工程师和企业家。

美国政府在2016年7月发布的《国家战略计算倡议战略计划》(National Strategic Computing Initiative Strategic Plan)中,明确强调要通过“整体型政府”模式“与工业界和学术界共同建立起关于高性能计算系统的跨机构战略远景和投资战略”。[8]这意味着,美国量子计算技术发展力量很大一部分都存在于工业和学术界,而美国私营部门,特别是大型高科技企业,往往同时在这两个领域中都具有强大影响力。作为一种涉及范围广泛的研究领域,量子计算正在以史无前例的速度从实验室进入应用系统。美国高科技公司也通过承接政府项目、联合学术研究机构、充分发挥自身研究能力等方式在该领域展开激烈竞争。各大公司在投入大量资源的同时,又注重采取体现自身优势的差异化发展方式,从而从总体上使美国私营部门量子计算能力发展形成彼此补充、各尽其能的有利局面。无论哪家企业最终在量子计算相关领域的研究竞争中取胜,美国政府都将是获利最大的最终受益者。

量子计算机的概念最早由美国着名的物理学家费曼在1982年提出,由于彼时正值电子计算机小型化并开始进入千家万户(PC机开始盛行以及随之而来的互联网,这也是导致日本第五代计算机研发失败的经济大背景),因此量子计算机的研发并未受到政府部门或产业界的重视。一直到1994年由于美国贝尔实验室一位数学家彼得·秀尔在使用量子计算理论算法破译现代密码领域的开创性工作,才又引发人们对量子计算机的研发热情。但由于技术尚不成熟,因此量子计算机研发步伐一直较为缓慢,以至于2008年美国总统最高科学顾问机构——国家科技委在发表的专题报告《量子信息科学:联邦政府的视角》当中,提出的目标依然是需加强量子信息基础理论层面的研究。

值得一提的是,美国国会在9月中旬同意拨款13亿美元补贴科技公司研发量子计算机。这一系列动作表明,美国越来越担心会在量子信息科学领域失去优势。

得益于IBM研究院在量子技术领域多年来持续的投资和研究工作,IBM公司目前成为最有可能制造出通用型量子计算机的领跑者。2015年,IBM公司宣布其与情报高级研究项目局合作的量子计算项目取得重大突破。通过把超导量子比特“囚禁”在计算机芯片晶格之中,该公司研究团队可以检测出量子比特发生比特翻转和相位翻转的情况,这对提高量子比特稳定性具有重要意义。在目前出现的公开资料中,这种量子电路设计是唯一可以进行规模扩展的方案。在对超导量子比特进行编码使之成为逻辑量子比特后,真正意义上的量子就能够实现。[9]因此就在同年 12 月,情报高级研究项目局宣布继续与IBM公司合作实施“逻辑量子比特”项目,后者将在此前实验成果的基础上研制出更大规模量子比特电路,从而为最终制造出纠错型通用量子计算机奠定基础。该项目于2016年2月启动,终验时间设定为2021年。如果实验顺利进行,该项目将在芯片研制方面形成制造通用型量子计算机的关键硬件技术。

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2006年,微软公司在加利福尼亚大学建立了自己的量子研究所, 虽然微软在量子计算领域研究的信息透露非常有限,但与其有合作关系的研究者表示,该公司有能力在2025年制造出全功能量子计算机。[10]与其他机构存在显着区别,微软公司采取了被称为拓扑量子计算的研究方式,其试图同时设计软件、硬件和量子计算其他相关元素,从而避免其他量子计算硬件设计方案面临的系统不稳定的问题。微软公司甚至还发布了语言集成量子运行模拟器(Language-Integrated Quantum Operations),这种量子软件模拟器可以使开发者在经典计算机上模拟量子计算环境。[11]未来量子计算机不可能仅仅局限于在若干特定问题领域,而开发针对不同问题的软件是扩大量子计算功能影响的必要途径。作为当今世界使用范围最广计算机操作系统的提供商,微软在软件领域具有强大技术储备和开发经验,有可能在未来量子计算的软件生态系统中建立主导优势。

彼得·威廉·秀尔,美国知名计算机科学家,1959 年 8 月 14 日出生于美国纽约市,目前为美国麻省理工学院的应用数学系教授,其最伟大的事迹为提出在量子电脑应用上的“秀尔算法”,因其证明量子电脑能做出对数运算,而且速度远胜传统电脑,对于现在通行于银行及网络等处的RSA加密算法可以破解而构成威胁。

与IBM和微软重点关注未来量子技术的战略布局不同,谷歌公司选择了更加注重量子技术现实应用的发展道路,采取类似策略的还有美国大型国防承包商洛克希德-马丁集团。这两家公司都与加拿大D-Wave系统公司建立了合作关系,分别向后者采购目前世界仅有的投入商业运行的“量子计算机”。当然,D-Wave系统公司生产的设备严格意义上只能称得上是“量子退火仿真器”,尽管测试结果显示该机器的计算执行速度能够比经典的计算机芯片快 1 亿倍,但还不能完全实现真正量子计算机的功能。[12]谷歌公司采购这套系统的直接目的是运行并验证其人工智能算法,而和洛克希德-马丁集团则希望通过D-Wave量子计算机进行建模和模拟活动,加速先进装备的研制进程。无论在进行机器学习还是模拟先进战机飞行姿态的效果如何,利用量子退火算法解决特定领域的问题,都将对量子算法本身进行测试和优化,促进未来量子计算机能力与当前信息系统的高效融合。

但在“国家战略计算倡议”公布之后,美国政产学界组织的各种针对“国家战略计算倡议”的研讨会当中,人们讨论得最多的中长期战略选型是“量子计算”。这其中的原因是多方面的。首先,与其他战略计算方案选型相比,量子计算的理论—量子力学已有近百年的基础,经过了实践的检验,是目前人类认识微观世界唯一有效的科学工具。此外,从理论人才队伍来讲,尽管量子力学发源于欧洲大陆,但其研究重镇二战之后转移到了美国,并涌现了以“量子计算机之父”费曼为代表的顶尖理论人才梯队(费曼本人也是量子力学三大等价理论工具—路径积分的发明者,其他两个工具分别是薛定谔方程和海森堡矩阵论);其次,在量子力学基础上发展起来的各类应用技术,例如激光技术、扫描隧道电子显微镜、,乃至近年来的量子通信技术(即量子密钥分发技术,2003年由美国NIST研究团队率先实现,而我国目前在该领域处于世界一流水平),均展示了量子力学广阔的应前景;第三,西方科学界一致认为量子信息应用领域的终极“圣杯”是量子计算机。尽管2010年之前量子计算机研发较为缓慢,但从2011年之后,其研制步伐骤然提速,而所涉及到的关键技术则都掌握在美国企业或科研机构手中。而这种技术突破则源自于美国有关科研组织管理部门长期的布局。

除了上述企业以外,美国几乎所有信息科技领域有关的大型公司都通过各种方式参与这场技术创新领域的“淘金热”。不仅如此,随着量子技术正在逐步从实验室进入实际应用,美国金融资本、风险投资企业也开始关注相关领域的最新发展。美国甚至出现一些量子计算领域的初创公司,这些基本上都是高校、研究机构衍生公司的企业结构简单、策略灵活,当其在相关领域取得突破后往往会遭到大公司的收购,从而使其技术迅速转化可大规模应用的产品,因此也增强了美国在相关领域的活跃度和创新性。[13]

六、IARPA的量子计算机研发计划

通过组织和盟友间合作促进资源和人才的高效利用

人们也许对“斯诺登事件”所泄露出来的美国国家安全局量子计算机研发项目—“攻克难关计划”有所耳闻,但其实该计划仅仅是冰山一角。本文上面提到的美国情报界的颠覆性技术创新机构——情报高级研究计划局才是量子计算研发大戏幕后的真正导演。该机构从2007年成立伊始就将原来隶属不同部门,如DARPA、国家安全局、NIST等机构的量子信息科学项目全部统一整合在自己手中,对量子信息科学的整体研究进行了精心谋划和布局,例如从2008年至今,不含秘密项目,IARPA公开启动的量子信息/量子计算机研发项目就包括了CSQ、MQCO、QCS、LogiQ,以及QEO等项目。该机构还通过各种项目杠杆,组织本国及欧洲、大洋洲等盟国的量子信息领域顶级研究团队进行协同攻关,而所有这一切的终极目标均剑指量子计算机这个圣杯。举例而言,最近在量子计算机关键技术领域接连取得突破的澳大利亚新南威尔士大学、澳洲国立大学等,其研究项目就长期获得了IARPA的资助。但由于IARPA的经费受美国“信息自由法案”的例外保护,无需像DARPA等部门那样必须公开接受纳税人监督,因此美方在该领域投入的总经费外人很难窥其全貌。尽管如此,人们仍然可以从IARPA近期组织的几个量子计算项目来分析其培养、引领和主导未来全球新型计算能力的雄心壮志。

量子计算领域的竞争关键在于人才的竞争。作为涉及材料科学、应用数学、计算机科学、信息科学、量子工程和高能物理等大量前沿科技的跨学科领域,[14]量子计算相关研究工作必须由具有竞争力的人才承担。无论政府组织、学术机构还是大型企业,在保障资费投入和政策支持的前提下,人员不足始终是制约工作顺利开展的最大问题。因此,美国量子计算研究团队普遍采取了联合的形式,从而发挥各类不同组织的优势并提高工作效率。例如,谷歌公司与美国航空航天局合作建立了量子人工智能实验室,洛克希德-马丁集团与马里兰大学共同组建了量子工程中心,[15]而英特尔公司则宣布与位于荷兰的两家高等院校的研究机构合作开发性能更加优越的量子比特。[16]

一个是近期启动项目招标的“量子增强优化”项目(Quantum Enhancement Optimization,QEO)。该计划的目的是改进颇具争议性的“量子计算机”—D-Wave 的适应范围。D-Wave是一家加拿大公司研发的人类首款利用量子效应进行计算的硬件设备,只不过它没有使用最值得期待的量子相干/纠缠这种量子效应,这是真正的量子计算机的计算能力远远超越现有电子计算机的根本原因,而是利用所谓的量子隧穿/涨落来实现“量子退火优化算法”。IARPA希望在D-Wave已经产生了提速效果的数学优化问题的基础上,进一步扩大其应用面,大幅度提升数据处理能力。由于IARPA所在的上级主管部门—国家情报总监办公室掌握着世界上最齐、最多的数据源(该机构负责协调管理来自美国陆海空所有军种,国家侦查办公室、CIA、NSA等所有情报部门,以及国务院、FBI、国土安全部等共计16个军方和联邦政府强力部门的情报数据),因此QEO项目的目标是尽快向世人展示量子计算机即使仅仅使用量子涨落等这些“低技术门槛”效应,还没有用到量子相干/纠缠这样的“洪荒之力”,也具有非凡的大数据处理能力。

除了学术机构和私营企业的联合开发项目以外,美国政府也明确通过合作、招标和外包等形式,广泛吸纳欧美各国及澳大利亚等“西方文明集团”的科研机构和企业参与研发。对于一些涉密程度较高、关键系统的研究工作,美国政府组织也会谨慎地选择合作对象。美国陆军研究实验室就曾像威斯康星大学和德国萨尔兰州大学(University of the Saarland)的研究者提供了225万美元经费,用于开展超导量子比特研究。[17]

IARPA在近期启动的另一个项目LogiQ更能代表量子计算机研发步伐为何骤然提速。

三、量子计算技术可能产生的影响

人们一般认为,大规模通用容错型量子计算机研发需要经历7个阶段,也称之为“七步阶梯模型”。上个世纪末、本世纪初人们已经迈上了第一、二级台阶。之后世界各国的研发团队均陷入了胶着状态。在沉寂了近十年之后,从2011/2012年开始,一方面理论上取得突破,大规模通用容错型量子计算机的“降噪门槛理论”成形,另一方面硬件实现也取得大的进展,以美国加州大学圣芭芭拉分校的John Martinis等为代表的科研团队迈上了第三、四级台阶(2014年Google聘请Martinis教授主管该公司的量子计算机研发项目),目前人们正集中攻克第五步—量子逻辑门设计,这就是IARPA的LogiQ项目的目标。

关于量子计算技术将产生的冲击,美国官方文件给的答案是“无法预知”。[18]在这种极其开放的措词背后存在三层解读:首先,可以确信的是量子计算技术的影响不仅会局限在科技领域,而且无疑将极大促进政治、经济、社会、军事等所有其他领域的发展,由此造成的一系列连锁反应是否会达到工业革命式的规模和程度,实在让人难以准确预测;其次,美国如果能够首先获取并在一段时间内单独保持这种能力,其所形成的优势对于保持美国的国际霸权地位所产生的巨大作用难以估量;最后,作为计算机和互联网技术的策源地,美国如果在量子计算研究竞争中落于人后,或者仅仅是不能率先实现从理论到应用技术的突破,其所产生的负面效应不但让美国决策者无法相像,可能更让其不敢相像。

量子逻辑门设计这一步的重要性可以从下面这个历史典故中看出来。美国大科学工程史上最着名的的项目—“曼哈顿工程”最终取得成功,最为关键的一步是意大利裔物理学家费米1941年在芝加哥大学棒球场看台下面搭建的“芝加哥一号反应堆”,这是人类历史上首次实现“链式反应”的着名科学事件。而CP-1反应堆成功运行之后,原子弹研发工作再也没有遇到不可克服的技术困难。这就是CP-1号反应堆在整个“曼哈顿工程”中的地位。而IARPA的项目原主管David Moehring在评价LogiQ这个项目的意义的时候,直接将其与芝加哥一号堆作了类比!

计算能力是信息时代的基本生产力,不仅是国家实力的重要标志,更在国家实力竞争中发挥着关键作用。所谓计算,根本上说就是处理能力,在世界范围内信息传播速度基本一致的情况下,谁掌握更强的信息处理能力,谁就占据了信息竞争的高地,并能居高临下投射影响力。上世纪中后期,计算机和网络技术先后在美国发展壮大起来,并在向世界扩展的过程中加速了全球化进程。基于其掌握的大量核心技术,美国也在不断攫取和积累国家政治影响力,高性能计算能力甚至能够还直接影响国家重大决策。例如,通过上世纪90年代的“加速战略计算计划”,美国已经掌握了足以进行核爆炸模拟的计算能力,克林顿总统才会在联合国推动并签署《全面禁止核实验条约》[19],如果对于国内高性能计算能力没有信心,美国在这个问题上可能会采取不同的态度。正是深知高性能计算能力能够形成的政治影响力,美国决心在下一次技术跃升中夺取优势,从而继续巩固和加强其全球的领导力。

LogiQ项目经过欧美各大公司、研究机构的激烈竞标之后,由美国IBM公司着名的Waston实验室中标,并于2016年2月开始启动。而在此之前的2015年4月,该实验室已经在超导型量子计算逻辑门芯片设计方面取得了一个里程碑式的突破,他们向世人展示了如何将两对处于相干叠加态的量子“封装”到一个4╳4的晶格芯片当中,从而实现“间接的量子调控”,这为解决在芯片上进行量子无损测控这一拦路虎提供了崭新的技术路径。

作为经典计算机的颠覆者,量子计算机可能会像经典计算机一样形成完整的产业链条,从而在国家经济体系中构成新的重要领域。围绕研制通用型量子计算机的中心目标,量子计算技术的发展还会带动量子导航、量子精密测量、量子通信以及相关软件技术产业的繁荣。以量子计算为核心的量子信息科学是一种基础学科,构成了解决其他复杂问题的基础能力,如果量子计算机技术得到突破,其他诸如基因测序、新材料开发、药物研制、代码检验、加密解密等需要大量计算工作才能完成的研究都会取得突破,从而为提高国家整体经济竞争力创造条件。

LogiQ项目为期5年,预计2020年结题。从项目的年度验收指标来看,IARPA实施的这一项目已然是一个工程技术攻关项目,而非科学前沿探索性课题。更需引起关注的是,美国其他高科技企业,如Google目前也在全力以赴的攻克第五步,并认为有望在未来二至三年时间迈上第五级台阶,而如果在经费得以充分保障的情况下,第六级台阶—多个量子逻辑门的封装则有望在五年之内实现。加之世界主要科研团队在量子寄存器领域的研究进展,量子计算机的核心器件—量子CPU就有望在未来十年当中成为现实。

量子物理与计算科学第一次大规模结合的直接原因就是研制核心武器的需求。在计算技术此后的发展中,军事应用价值始终是其重要推动力之一,甚至互联网技术的诞生最初都是为了在计算弹道的大型计算机之间传输数据。毫无疑问,未来量子计算机的最大用户依然将是具有军事背景的组织或企业。除了通过建模和模拟功能确保核武器安全可靠性、加速高科技武器研发、解决新材料问题,量子计算能力与人工智能、大数据分析等技术结合,还将在战场计划、组织决策、后勤保障等方面发挥巨大作用,甚至有可能改变未来战争的形态。

事实上,一旦QCPU研发成功,人们甚至都不用继续攻克第7级台阶,而是以QCPU为核心计算器件,再辅助以现有的超级计算机作为外围设备来进行“量子信息”与“经典信息”之间的转换,人们就可以在这种综合性超级计算机上大展拳脚了。美国能源部下属的先进科学技术研究署主任史蒂夫·宾利也持这种观点。

量子计算技术发展最意想不到的后果就是对网络安全构成挑战。目前世界上大量使用的公钥加密算法几乎都会被量子计算机轻易破解。而且,量子计算对于信息安全的威胁还具有前溯性,如果现在的通信网络流量遭到窃听并被存储下来,未来潜在的对手利用量子计算能力,就能对这些通常加密的信息进行破解,从而在多年以后将威胁范围追溯到当前。2012年,《连线》杂志披露美国国家安全局正在犹他州新建一座数据中心,称其存储规模可以达到惊人的“尧字节”。据思科公司估计,全球互联网的流量在2010年到2015年将翻四倍,即便如此,每年的流量也不过1000艾字节。[20]换言之,如果该报道的内容属实,国家安全局完全可以互联网自诞生以来产生的所有流量全部保存下来,作为一种战略资源,供其在掌握量子计算能力后进行情报开发。因此,虽然量子计算机的出现可能还需要数十年,但这种能力本身已经具有了现实性威胁。

综上,我们有理由认为,美国正在进行一个目的清晰、布局完整、并且有组织协调的一揽子量子计算机研发计划,一旦研发成功,量子计算机必将成为“国家战略计算倡议”未来计算的主要选型,并开始培养新的产业链,并促进本国受到CMOS技术制约的现有IT高科技企业向量子信息技术QIT转型。

正如内燃机必然取代蒸汽机,第二次工业革命在产业革命的基础上接踵而至。计算能力是信息时代的动力。信息时代即将发生新的根本性变化。即将进入新的历史阶段,在历史即将发生转折的弯道上实现超车。

七、对美国“国家战略计算倡议”的分析

制定以量子计算技术为核心的量子信息科学发展战略;

美国于2015年7月29日正式公布的“国家战略计算倡议”将在未来的执行过程中,笔者认为主要有以下几个特征:

超前展开抗量子密码研究;

政府强势主导,企业竞争激烈

引入私营企业和资本进入量子计算研究领域;

“国家战略计算倡议”及其2016年7月颁布的《战略计算战略计划》明确了一个由联邦核心部门组成的战略计算闭环。其涉及的部门之广,甚至超过了二战时期的“曼哈顿计划”以及上个世纪六十年代启动的“阿波罗计划”。其中一个主要原因是这些联邦政府部门对大数据处理的迫切需求。由于联邦政府的应用需求明确,所以导致了众多着名的IT巨头也投入巨资参与其中,并纷纷推出各自的技术方案。然而必须指出的是,与美国联邦政府的企图心相比,世界其他国家对这一新型战略计算能力的认识仍有较大差距,没有或很少从大系统工程的角度来考虑未来新型战略计算所带来的颠覆性影响。

合理统筹资源,积极鼓励竞争;

顺便需要指出的是,“国家战略计算倡议”不会因总统换届而终止。尽管美方也有一些观点认为“国家战略计算倡议”是否会随着奥巴马政府任期结束而胎死腹中。但从美方组织大型战略计划,如“阿波罗计划”、“NITRD”虽然都经历了民主、共和两党轮流执政,但仍然保持其一致性并最终取得了成功,这些案例等均可看出,一旦涉及国家整体竞争力的升级换代,美方无论何人何党主政,其既定科技战略计划将不会受实质性影响。

加强数学、物理、计算机等理工基础学科建设,形成合理人才队伍结构。

“国家战略计算倡议”的方案选型


尽管目前在任何一份官方文件当中,美方均未明确“国家战略计算倡议”的未来选型方案,但主要的技术路线已经逐渐汇聚到超导计算、神经元计算、量子计算等几种方案上来。但如果从是否依赖CMOS技术(而不是所谓的“冯▪诺依曼架构”或“非冯架构”来区分)来看,“国家战略计算倡议”计划的中长期选型方案一定不会再走CMOS的老路和死路。因此目前比较成熟的方案仅有量子计算,而且是比较有利于美国高科技企业转型的超导型量子计算等方案。

[1] 电子工程网:《拯救摩尔定律?世界最小1nm晶体管诞生》,2016年10月9日,网址:

特别需要指出的是,人们往往存在一个认识上的误区,认为由于量子计算机不是一个“万能的机器”,与现有的电子计算机相仿,仍有许多困难问题无法用量子计算机求解。但从另外一个方面来讲,由于已经在若干重要应用领域,如材料科学、、生物基因、化学工程等领域早已发现了呈指数加速的量子算法,这些算法均将为先进材料设计与制造、人类粮食安全等提供传统电子计算机无法企及的能力,所以量子计算可以称得上目前唯一一种具备“超级算法”的计算设备。同时,量子计算在若干重大基础性科学发现方面具有其他计算模式无法替代的优越性,例如模拟量子力学与相对论相结合的“量子场论”所预测的结果,宇宙学研究等。这些只有依赖量子计算机才能进行模拟的科学研究所产生的重大成果,甚至有可能为整个人类文明带来全新的影响。这也是世界各主要国家纷纷投入巨资进行“量子前沿”研发的主要驱动力之一。最后,从国家安全局以及美国国家标准技术研究所业已启动的“抗量子密码算法标准化工作”也可以再次证明,美方未来战略计算的定位将是量子计算方案。

[2] 杰拉德·密尔本:《费曼处理器:量子计算机简介》,江西教育出版社,1999年9月。

混合型计算架构

[3] 陈宇翱:《追梦量子世界》演讲,新浪网,2016年1月11日,网址:

从目前各渠道的资料分析,在可见的将来,所谓的“量子计算机”极有可能采用混合架构:即核心处理芯片采用量子CPU,然后与现有的超级计算机、并行计算集群等“外设”结合在一起,甚至与神经元计算、与人工智能结合在一起(如深度学习,目前正在快速发展的一个领域就是“量子深度学习”),形成计算优势互补、产业链相连的全新架构。因此,未来的战略计算必将围绕量子信息与量子计算形成全新的生态圈。这对于那些致力于“弯道超车”的国家而言,既是不能回避的挑战,也是千载难逢的战略机遇。

[4] 理查德•P•费曼:《利用计算机模拟物理》(Simulating Physics with Computers),《国际理论物理》(International Journal of Theoretical Physics),第21卷,1982年;保罗•贝尼奥夫:《图灵机的量子力学汉密尔顿模型》(Quantum mechanical hamiltonian models of turing machines),《统计物理》(Journal of Statistical Physics),第29卷,第3期,第515页,1982年。

结语

[5] 卡尔·J·威廉姆斯:《量子信息科学:国家标准与技术局的作用及国家规划》(Quantum Information Science: NIST’s Role and the National Agenda),网址:

古人云“凡事预则立,不预则废”。以量子计算为代表的基础性、革命性计算能力必将带来人类社会新一轮信息时代的升级换代,形成新一轮文明竞争的大格局,甚至与“人工智能”一道,迈向“量子时代,智能社会”,对人类文明形成“五千年未有之大变局”的冲击,对此应从更高的战略管理层面、更大的系统工程角度予以高度重视,才能抓住新一轮科技革命的浪潮。

[6] 史蒂夫·里奇和巴顿·盖尔曼:《国家安全局试图制造出能够破解大多数密码的量子计算机》(NSA seeks to build quantum computer that could crack most types of encryption) ,《华盛顿邮报》,2014年1月2日,网址:

量子计算的超强计算和密码破译能力可以说是未来战争的“颠覆者”,这对传统国防通信与保密体系所构成了非常巨大的现实威胁,是任何一个国家和军队都必须正视和面对的。如果不能清醒地看到这一点,一旦某些国家在量子计算方面取得实质的突破,用“寝食难安”来形容军政当局的心理状态可能一点都不过分。由于量子计算所涉及的技术与经费十分庞大,只有真正认知其本质,面对量子计算带来的机遇与挑战,有效利用有限的国家资源与国防资源,选择正确的战略途经与部署,这才能在未来战争中占据先机和主动。

[7] 埃里克·乔杜因:《驾驭下一代前沿力量:量子计算基本知识》(Straddling the Next Frontier Part 1: Quantum Computing Primer),网址:

[责任编辑:诺方知远]

[8] 美国白宫:《国家战略计算倡议战略计划》(National Strategic Computing Initiative Strategic Plan),2016年7月,网址:

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[9] IBM公司新闻发布:《IBM公司得到情报高级研究项目局拨款,继续推进最终将制造出通用型量子计算机的高级研究项目》(IBM Awarded IARPA Grant to Advance Research Towards a Universal Quantum Computer),2015年12月8日,网址:

[10] 朱利奥·普里斯科:《量子计算将导致微软股票大涨》(Quantum Computing Could Lead To Quantum Jump In Microsoft Stock),2015年11月27日,网址:

[11] 阿里森·林恩:《利用量子计算模拟器,微软提供了一扇窥探未来计算的窗户》(With quantum computing simulator, Microsoft offers a sneak peek into future of computing),2015年11月13日,网址:

[12] 多米尼克·巴索托:《为什么谷歌新的量子计算机可能会引发人工智能领域的军备竞赛》(Why Google’s new quantum computer could launch an artificial intelligence arms race),《华盛顿邮报》,2015年9月10日,网址:

[13] 阿姆瑞塔·贾亚库马尔:《量子计算能否改变世界?这个初创公司押注其上》(Can quantum computing change the world? This start-up is betting on it),《华盛顿邮报》,2015年5月3日,网址:

[14] 史蒂夫·宾克里:《量子计算和量子信息科学》(Quantum Computing (and Quantum Information Science)),美国能源部,

[15] 马里兰大学新闻发布:《洛克希德-马丁与马里兰大学合作开发下一代量子计算机》(Lockheed Martin, University of Maryland Partner to Develop Next Generation Quantum Computer),2014年3月5日,网址:

[16] 朱利奥·普里斯科:《英特尔押注量子计算依然遵守摩尔定律》(Intel Bets On Quantum Computing To Stay On Moore's Law),2015年9月9日,网址:

[17] 萨拉·斯嘉莉斯:《物理学家关于量子计算的建议得到225万美元经费》(Physicist’s Proposal in Quantum Computing Received $2.25 Million in Funding),2014年2月10日,网址:

[18] 美国国家科学和技术委员会(National Science and Technology Council):《联邦量子信息科学预想》(A Federal Vision for Quantum Information Science),第14页,2008年12月,网址:

[19] 杰拉德·密尔本:《费曼处理器:量子计算机简介》,第101页。

[20] 詹姆斯·班福德:《国家安全局正在建设全国最大的间谍中心》(The NSA Is Building the Country’s Biggest Spy Center ,《连线杂志》,2012年3月15日,网址:

[责任编辑:诺方知远]

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