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中美誰將在這領域競爭大戰中勝出?

(2022-02-06 12:17:05) 下一個

中美兩國在量子科技領域內沒有交集和交流,相互各自為戰,當然也賴不上誰偷誰,誰山寨誰。在這個見不到炮火和硝煙的高科技之一的主戰場上,中美兩國正在暗自地發力使勁。尤其是一直稱霸領先的美國政府,已經認識到舉國體製和計劃經濟的優勢了,也嚐試著由政府出麵進行組織管理和有限的投資。但實踐的效果如何,是騾子是馬拉出來遛一遛,接下去應該五年就可以初見分曉了。

美國財富雜誌Fortune1月18日發表專題文章,題為美國"量子的失敗"。量子科技研究開發和應用目前為止至少3個方麵,一個是量子計算, 一個是量子通信, 另外一個是量子傳感。盡管美國的穀歌、IBM、英特爾、微軟等私營公司早已在量子計算機方麵進行了領先的研究和投資,也已經在超級計算機和量產版小型計算機芯片兩方麵取得了很大突破和成功。但美國的科技研究機構, 尤其是美國大學的研究所在這方麵的投資和投入太遲又太少,已經相對落後。媒體報導,這十幾年來,中國政府已經投入了幾百億美元在這方麵的研究中,根據哈佛大學艾利森的最新研究報告,中國在量子領域方麵的支出是美國的四倍 (Allison's Report, 12-21-2021)。 中國在量子計算機方麵正在追趕美國,一些領域已經平分秋色。而在量子通信和量子傳感領域,中國已經取得了世界領先地位。

文章作者之一,邁爾斯-泰勒(Miles Taylor)曾是穀歌公司先進技術和安全戰略的負責人,並曾在國土安全部擔任參謀長。Daria Bahrami是R街研究所的網絡安全和新興威脅的項目經理。她曾為一些軍事網絡和人工智能(AI)戰略谘詢提供服務。兩位作者的題目是有大喊狼來了的意圖,但也現實的反映出美國、尤其是美國政府在這方麵的投資太遲又太少的重大失誤。文章具體的內容如下。

華盛頓一直在從危機到危機中徘徊。因此,在最有前途的新興技術之一--量子計算--的重要發展沒有得到太多的關注,這並不奇怪。中國在開發這一高度顛覆性技術的全球競賽中處於領先地位。更重要的是,國會已經廢除了一項法案,該法案是美國在這一新興領域保持競爭力的最大希望。北京的進展讓安全專家感到擔憂,特別是那些認為我們正逐漸接近密碼學 "末日 "的人,屆時複雜的量子計算機可能被用來解密美國的數據,從電子郵件和財務記錄到國家機密。

量子計算技術利用物理學的力量,以比今天最強大的超級計算機更高的速度進行計算,該技術正在迅速發展,並被預測有可能在本世紀末顛覆大量的行業--從醫療保健和金融到能源和運輸。包括高盛和摩根大通在內的多家公司已經在研究該技術的實際和近期應用。雖然有必要進行更多的研究和開發,但現有的技術已經顯示出有希望的結果。例如,早期的量子計算機已經解決了今天最快的超級計算機需要1萬年才能在200秒內處理的問題。從長遠來看,預計這些計算機將為人工智能提供超強動力,實現從完全自主的交通到高功能機器人的發展。首先實現這種科學裏程碑的國家最有可能圍繞如何使用該技術來塑造規範,這就是為什麽中國在這一領域的進步如此令人擔憂。

在過去的幾個月裏,一項鮮為人知的法案通過了國會,該法案將使美國在量子競賽中獲得重大優勢。兩黨合作的《科技量子用戶擴展法案》(QUEST),被藏在拜登政府龐大的經濟和就業立法中,重點是加速美國的量子計算研究。但是,在政府的 "重建更好 "計劃(BBB)的政治反擊中,QUEST法案已經從法案中刪除。QUEST法案本應在五年內為量子研究和開發提供3.4億美元的資金。這些資金將幫助美國在量子競賽中保持領先,使政府和私營企業一起加強量子計算研究,教育未來的量子勞動力,並加快核心技術的發展。如果沒有這種必要的投資,美國有可能陷入 "量子寒冬"--在這個時期,對技術的投資枯竭,對手中國提供了超越我們的發展, 並聲稱在這個領域占主導地位的絕佳機會。

了避免這種潛在的災難性局麵,國會議員應敦促將該法案納入參議院審議的任何經濟方案,或將其納入正在審議的撥款立法。量子計算的發展正在迅速發生,我們不能坐視不管。QUEST法案隻是一個初始步驟。政府機構必須做得更多--現在--為一個不再那麽遙遠的量子時代做準備。這包括在政府最高層就該技術如何影響美國的防禦和經濟競爭力進行戰略規劃,以及利用現有的研究經費投資於近期的應用。落後將是一個量級的失敗。現在,我們有一個清晰的視線,可以看到可能是一個可預防的 "斯普特尼克時刻"。中國政府正在大力投資於將塑造未來的技術,華盛頓也必須這樣做,否則就太晚了。

量子信息科學(QIS)是一個30年前開創的領域, 量子信息科學中三個重要的子領域: 量子計算、量子通信和量子傳感。 傳統上由美國研究人員領導的這三個領域,中國正在迎頭趕上,而且在某些情況下,已經超過了美國。

長期以來,科學界一直認為量子信息科學是科學和技術革命性進步的潛在催化劑,它涉及大型計算、更快的通信和精確測量。政府最近才認識到,曾經被認為是假想的國家安全威脅正在變成可能。事實上,如破解現有加密技術以竊取國家機密的能力,創造完全安全的通信線路,可以擺脫作戰平台依賴天基的平台的可能。與之前的技術革命不同,中國的飛速崛起為其提供了資金和人力,使其有可能領導這一領域。

2014年, 美國和中國在量子相關專利的數量上並列第一,2015年,中國在量子方麵的年度支出僅次於美國。但到了2018年--在中國啟動旨在到2030年在量子信息係統方麵取得突破的 "巨型項目 "兩年後,中國超過了美國,中國申請的專利數量是美國的兩倍,占所有量子專利的52%。

今天,中國在量子信息領域方麵的支出是美國的四倍。由於這些進展,美中經濟與安全審查委員會在2017年的一份報告中宣布,"中國已經縮小了與美國在量子信息科學方麵的技術差距--這是一個美國長期主導的領域"。

美國長期以來一直是量子計算領域的領導者,這要歸功於包括穀歌、IBM、英特爾、微軟等私營公司的巨大的投資,他們幫助美國率先實現了該領域迄今為止最重要的裏程碑,包括展示 "量子優勢 "和推出允許客戶使用量子計算機的雲計算服務。 中國急於追趕美國,在2017年將量子計算提升為 "戰略技術 "的地位,以便增加投資。中國還展示了將研發迅速轉化為運營優勢的能力。

2020年12月,在穀歌53比特的Sycamore超導量子計算機實現了量子優勢後僅一年,中國就達到了量子優勢。當月,由中國科學技術大學創造的光子量子計算機達到了比穀歌 "快100億倍 "的量子優勢。僅僅6個月後,潘建偉領導的一個團隊再次以新的量子處理器成為頭條新聞。該處理器取代了穀歌的Sycamore成為世界上最強大的超導量子計算機,解決了一個比Sycamore解決的問題高出100倍的問題,成為世界上最強大的量子計算機。在光子量子比特方麵,中國領先於其他國家,因為光子量子比特有可能實現更快的運行,對其新興的量子網絡至關重要。

在光子量子比特方麵,中國以檢測到113個光子領先。然而,在量子量方麵,即IBM發明的一種不僅評估量子比特的數量,而且評估其連通性和質量的指標,美國在這方麵領先。在量子體積方麵,美國領先,霍尼韋爾公司聲稱其量子體積為1024.6。

2013年,愛德華-斯諾登泄露了美國在中國的秘密信息收集能力,這促使中國政府加快了在量子通信領域的進展。因此,在2018年,中國在量子通信和密碼學方麵注冊的專利是美國的四倍以上。自2014年以來,中國在出版物方麵已經超過了美國和歐洲 (該領域的另一個領導者)。中國在量子通信方麵的裏程碑令人印象深刻。

2016年,中國發射了世界上第一顆支持量子通信的衛星--Micius。此後不久,中國科學家在衛星和相距超過745英裏的地麵站之間建立了破紀錄的量子通信鏈路。而在今年1月,今年1月,中國宣布建立世界上第一個綜合量子通信網絡,總距離超過2800英裏(比紐約到洛杉磯的距離還長)。一位專家預計,中國政府和軍隊的通信將在短短兩到三年內變成黑色。這意味著美國將無法再進行監聽。

這對軍事能力尤其重要,量子傳感在這方麵有最直接的應用,包括使隱形技術失效的能力。根據美國國防分析研究所2019年的一份報告,在所有關於量子傳感的出版物中,中國的量子傳感技術是最直接的。根據國防分析研究所2019年的報告,在所有關於量子傳感的出版物中,在每篇論文的平均引用率方麵,在過去五年的出版物中,中國在每篇論文的引用率和總引用率方麵排名第一。在2017年的一次國會聽證會上,一位研究中美量子信息科學競爭的著名專家簡明扼要地總結了美國的相對衰退。"美國曾經是領頭羊......但由於缺乏資金、結構和體製問題以及缺乏政府協調,減少了必要的支持水平和一致性。與其他先進技術一樣,由於美國並沒有壟斷量子技術,它必須與像日本這樣的戰略盟友和合作夥伴合作,他們在量子通信和加密方麵擁有更先進的量子技術。

Reference:
Fortune Article Link:
https://www.yahoo.com/finance/news/quantum-failure-122000674.html

US House QUEST bill Link:
https://www.congress.gov/bill/116th-congress/house-bill/8303/text

Allison's Great Tech Rivalry China
https://www.belfercenter.org/sites/default/files/GreatTechRivalry_ChinavsUS_211207.pdf

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閱讀 ()評論 (9)
評論
feiteng 回複 悄悄話 中國的量子計算基本上是騙人的
yfz9465 回複 悄悄話 樓主文章裏說的都是“術”,而不是“道”。隻有從哲學視野的高度,才能有清晰的運見。那麽,如何從哲學整體來看中美趨勢呢?人應當從時代變遷的哲學特征與社會發展的主要矛盾來分析。
【時代變遷的哲學特征】:人類麵對的問題與挑戰進入非線性體係,無論在工業發展還是社會管理。
【社會發展的主要矛盾】:維護體係穩定所需要的效率與體係自身具有的整合能力。

時代的這種改變,人類社會真正地開始進入文明時代,並漸漸告別文化時代。效率在這裏是決定因素。在線性體係中,效率來自【自由】,在非線性體係中,效率來自【協調】,而且是全方位的協調 - 【雲協調】。這種全方位的協調需要人性善的文化氛圍。從這個角度分析中美競爭趨勢,人們不難看出趨勢。

什麽是文明與什麽是文化?
宣揚融合性的整體是文明,宣揚衝突性的個體是文化。在非線性體係下,文化永遠不會高過文明。
北美_原鄉人 回複 悄悄話 世界頂級學術刊物《科學》2月4日發表的長文顯示,中國科技大學科研團隊在量子模擬領域獲得了裏程牌式的世界級重大突破。潘建偉、姚星燦、陳宇翱團隊基於超冷鋰-鏑原子量子模擬平台,首次測得第二聲的衰減率(聲擴散係數),並以此準確測定了體係的熱導率與粘滯係數。《科學》雜誌審稿人認為該項工作“展示了令人驚歎的實驗的傑作”,“該工作有望成為量子模擬領域的一項裏程碑”。
武勝 回複 悄悄話 量子計算機還隻能計算精心為它設計的特定題目,離開通用很遠。所以不能簡單地將它與通用數字計算機相比,後者能解決的絕大部分問題在量子計算機上無解。中國取得領先的量子加密相對容易,而要實現量子解密的話就是量子計算問題,可能是無解的。因此,美國加強量子科技研發是應該的,但不必要有“量子焦慮”。
白釘 回複 悄悄話 人們,我是愛你們的!你們可要警惕啊!-伏契克
Parkbrooke 回複 悄悄話 潘建偉是個大忽悠!真正的科技原創根本不可能計劃出來,曆史早就證明了這一點
viBravo5 回複 悄悄話 量子領域所有術語(terminology)都來自英語世界,中文世界隻是亦步亦趨的跟綜
槍迷球迷 回複 悄悄話 量子計算至今沒用實質性突破,有可能是個忽悠。
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