2023年10月10日，美国信息技术与创新基金会（ITIF）发布最新报告《纵览美国25年量子技术政策》，回顾了近25年来美国在量子技术上的政策变化，行政部门和立法部门在制定量子信息服务政策方面采取的重要行动；探讨了美国用于提升量子竞争力的4大政策领域：支持量子研发、加强量子人才队伍、建立量子生态系统以及与国际伙伴合作，并针对这4点领域，向美国国会提出10点政策建议。元战略摘编重要内容，探讨美国的量子技术相关政策。
背景
20世纪90年代中期美国开始关注量子技术，当时美国国家标准与技术研究院（NIST）、美国国防部（DOD）和美国国家科学基金会（NSF）首次举办了有关该主题的研讨会。NSF在1999年的一次研讨会上将量子信息科学领域描述为“一个新的科学和技术领域，它结合并借鉴了物理科学、数学、计算机科学和工程学等学科。其目的是了解如何利用本世纪早些时候发现的某些基本物理定律来显著改善信息的获取、传输和处理”。此后的近25年间，量子信息科学取得了长足进步，日益展现出巨大潜力，推动计算能力、安全通信和科学发现方面的重大进展。美国认识到，应确保美国在量子技术领域保持竞争力。
美国当前政策方针概述
首先，本报告中的量子信息科学（QIS）或“量子”包括以下5种技术：
量子传感和计量学，指利用量子力学来提高传感器和测量科学的水平。
量子计算，是指利用量子力学进行计算的计算机，其计算速度比经典计算机快数倍。
量子网络，指利用量子力学原理开发安全通信协议，以确保传输信息的保密性和完整性。
促进基础科学的量子信息服务，指利用量子设备和量子信息服务理论拓展其他学科的基础知识，例如，增进对生物、化学和能源科学的了解。
量子技术，其中列出了几个主题，包括利用量子技术创造实际应用；为电子学、光子学和低温学创建必要的基础设施和制造技术；以及最大限度地降低与量子技术相关的风险，如开发后量子加密技术以保护敏感信息。
近年来，行政部门和立法部门在制定量子信息服务政策方面都采取了重要行动。
在行政部门方面，白宫通过国家科学技术委员会（NSTC）发布了两份开创性报告，阐明了针对量子信息服务的国家战略方针。NSTC发布了题为《推进量子信息科学》的首份报告，概述了3项原则，以帮助指导“全美的量子信息科学方法”：保持稳定和持续的核心项目，这些项目可随着新机遇的出现而加强；对有针对性、有时间限制的项目的战略投资，以实现具体、可衡量的目标；密切监测量子信息科学领域，以评估联邦量子信息科学投资的成果，并迅速调整项目，以便在取得技术突破时加以利用。2018年9月，NSTC发布了第2份报告——《量子信息科学国家战略概览》，确定了联邦量子投资的6个政策机遇和优先事项：选择科学为先的质量信息系统方法，为未来打造一支量子智能型员工队伍，深化与量子产业的合作，提供关键基础设施，维护国家安全和经济增长，推进国际合作。
在立法方面，美国迄今为止与量子相关的最重要的立法是《国家量子倡议法案》（NQIA），该法案于2018年12月签署成为联邦法律，旨在加速和推进美国的量子科技发展。从本质上讲，《国家量子信息安全法案》为量子研发创建了一个框架，并授权在5年内（2019至2023财年）为各种倡议提供略高于12亿美元的资金，这些资金主要分配给历来积极参与量子信息服务研发的3个机构：美国国家技术与标准研究院（NIST）、国家科学基金会（NSF）和能源部（DOE）。该倡议的主要内容包括：授权这些机构加强量子信息服务计划和研究中心；成立一个新的联邦机构，名为国家量子协调办公室（NQCO），隶属于科技政策办公室（OSTP），负责协调联邦政府、工业界和学术界的量子信息服务活动；成立一个名为“国家量子计划咨询委员会”（NQIAC）的新联邦咨询委员会，由来自学术界、工业界和政府部门的专家组成，其任务是为国家量子计划提供独立评估和建议。《国家量子信息安全法案》授权的项目将于2023年9月30日到期，该法案需要重新授权，以继续保持美国在这一关键领域的领先地位。2022年《芯片和科学法案》对《国家量子信息安全法案》进行了修订：授权开展量子网络基础设施的研发工作；指示美国国家标准与技术研究院制定量子网络和通信标准；制定一项DOE计划，促进以研究为目的获取美国量子计算资源的竞争性、择优审查的基础程序；并要求美国国家科学基金会支持将量子信息科学纳入各级教育的科学、技术、工程和数学（STEM）课程。该法案还明确将量子信息服务纳入国家科学基金会专注于新兴技术的新部门——技术、创新与合作局（TIP）。
提升量子竞争力的4大政策领域
接下来，本报告将探讨美国用于提升量子竞争力的4大政策领域。这些政策包括支持量子研发、加强量子人才队伍、建立量子生态系统以及与国际伙伴合作。
（一）支持量子研发
尽管民用、国防和情报机构在量子研发方面的投资由来已久，但美国最近已采取重要措施，通过《国家量子信息安全法案》（NQIA）和《芯片和科学法案》（CHIPS and Science Act）加快、加强和协调联邦量子研发投资。
1.增加量子信息科学研发资金。在《国家量子信息安全法案》的推动下，量子信息科学研发的联邦资金大幅增加，在2019财年至2023财年期间，联邦资金大约翻了一番。值得注意的是，虽然《国家量子信息基础设施倡议》为各联邦机构的量子信息基础设施研发设定了资助目标和优先事项，但并没有设定具体的资助金额。总统和国会通过年度财政年度预算确定各联邦机构的非国防量子研发优先事项和资金，国防开支则通过名为《国防授权法案》的单独法案确定。
最近，美国国会已通过的《2022年芯片和科学法案》，授权为量子基金提供大量资金。虽然还没有拨款，但《芯片和科学法案》是一项授权立法，它设定了资金目标，旨在为美国各行各业的创新注入活力，量子就是其中之一。该法案直接授权对核心量子研究项目进行新的投资，如5亿美元用于量子网络基础设施的研发项目，但同时也大幅增加了对许多其他关键行业的投资，这些行业将为量子应用提供支持，如20亿美元用于国防部领导的微电子研发项目，该项目将为依赖微电子组件的量子系统的发展带来巨大红利。然而《CHIPS和科学法案》并未获得其所需的资金。拜登政府的2024财年预算申请和联邦政府的2023财年综合支出法案都没有达到该法案设定的资金目标。
2.促进跨学科研究。美国国家科学基金会早在1999年的研讨会上就指出，量子研究具有深远的跨学科性，该领域的进步需要“具有数学、计算机科学和信息论、理论和实验物理学、化学、材料科学和工程学等多种学科专业知识的人员共同努力”。开发一个能在噪音和其他干扰下运行的系统需要量子通信协议、计算机算法、硬件设计和实验物理学方面的专业知识。
美国国家科学基金会的重点是促进大学中心和研究所的教师开展跨学科合作。截至2023年3月，该机构已资助了5个量子飞跃挑战研究所，这些研究所是由大学领导的大型跨学科研究机构，旨在推进量子信息科学与工程的特定前沿领域。另一方面，能源部在自己的国家实验室建立了跨学科量子研究中心，利用现有的基础设施和专业知识开展尖端的量子信息服务研究。美国能源部已经建立了5个国家量子信息服务研究中心：量子优势联合设计中心，由布鲁克海文国家实验室牵头，重点关注构建创建容错量子计算机系统所需的工具；Q-NEXT由阿贡国家实验室领导，重点研究如何可靠地控制、存储和远距离传输量子信息；量子科学中心，由橡树岭国家实验室牵头，重点推进量子材料、传感器和算法科学的发展；量子系统加速器，由劳伦斯伯克利国家实验室牵头，重点开发一系列可扩展的量子系统；超导量子材料和系统中心，由费米国家加速器实验室领导，重点开发用于下一代量子计算机的超导材料和设备。
3.利用量子研发设施。量子信息服务中最重要的3类研发设施为：量子用户设施、量子铸造厂和量子测试平台。量子用户设施是一种研究设施，它为研究人员和其他用户提供使用先进量子系统（如量子计算机）的机会；量子铸造厂是专门开发和生产量子设备和系统（如量子计算机的基本构件--量子比特）材料的设施或组织。国家自然科学基金和能源部资助了各大学的量子铸造厂；量子测试平台是用于测试和实验量子计算硬件和软件的平台或系统。《芯片和科学法案》授权在5年内投入1.658亿美元，并责成能源部通过透明、择优审查的申请流程，提高美国研究人员和实验室对美国量子计算资源（包括私营部门资源）的可及性。
（二）加强量子人才队伍建设
美国的人才政策涵盖初高中和高等教育阶段的量子信息科学教育、现有量子劳动力的劳动力培训以及吸引和留住外国人才的移民政策。
1.量子教育。初高中阶段的量子教育才刚刚起步。在美国，中小学教育的责任，包括学校融资、教师资格和课程都由各州承担，但联邦政府认识到，它可以发挥作用，支持各州的努力，确保国家拥有一支熟练的量子劳动力队伍。初高中量子教育联邦项目的重点是推广和参与，即向初高中学生介绍量子技术和科学的概念。美国国家科学和技术政策办公室与美国国家科学基金会于2020年8月联手，在联邦政府、行业、专业协会和教育界之间建立了“国家Q-12教育伙伴关系”，为课堂和课程材料奠定基础。该伙伴关系创建的资源包括帮助教育工作者将量子信息服务纳入科学、技术、工程与数学课程和课程（如化学、物理和计算机科学课程）的框架，以及一个有用工具库，如用于量子相关教育的教科书、讲义和在线课程。
在美国高中，与量子信息学相关的科学、技术和工程学教育不尽如人意，但美国的一些高等院校却拥有强大的科学、技术和工程学课程，并越来越多地融入量子课程，吸引了来自世界各地的学生。在本科阶段，与量子信息科学相关的课程通常作为科学、技术、工程和数学学士学位高年级的选修课，大多涵盖基本概念或对量子信息主题进行广泛介绍。在物理学、工程学和计算机科学等学科的硕士阶段，与量子信息相关的特定方向更为常见。同样，与量子信息科学相关的课程也经常在现有的物理学或计算机工程学等博士课程中开设。然而，在现实中，高校的改革面临着诸多挑战。
2.劳动力培训。根据2022年2月发布的《量子信息科学和技术劳动力发展国家战略计划》，量子领域正在为学术界、工业界、国家实验室和政府创造更多的工作岗位，而这些岗位目前还无法填补。该计划将4项劳动力政策确定为美国的关键政策：发展并保持对量子信息科学和技术生态系统中劳动力需求的了解；通过公共宣传和教育材料向更广泛的受众介绍量子信息科学和技术；解决专业教育和培训机会方面的量子信息科学和技术具体差距；以及使量子信息科学和技术及相关领域的职业更容易获得且更加公平。包括国家质量信息与评估中心和质量与环境设计委员会在内的几个机构都赞同第一项行动的紧迫性，即了解量子信息科学生态系统的劳动力需求。
3.吸引外国量子人才。吸引和确保外国出生的高技能人才对美国的创新和量子竞争力起着至关重要的作用。鉴于外国出生的量子计算工作者对美国创新成功的重要性，美国需要制定政策来加强和扩大移民渠道，使训练有素的量子计算人才（包括美国高校的外国STEM毕业生）能够在美国进行创新。然而，过时的签证法以及国际上对其他国家人才的争夺，导致许多国际科学家和工程师到美国以外寻求教育和就业。
（三）建立量子生态系统
美国已经建立了一个以问题为中心、由行业主导的联盟，名为量子经济发展联盟（QED-C），其主要重点是扶持和发展量子产业。量子经济发展联盟在两个特定领域对美国至关重要：确定供应链依赖性和支持商业化。
1.确定供应链依赖关系。在2022年的一份报告中，量子经济发展联盟指出：“根据对整个量子计算生态系统中的量子计算（QC）商业实体的调查，人们非常担心在未来几年内可能会出现与量子计算相关的严重供应链中断。潜在的堵塞点广泛分布在供应链的各个环节，从确保获得必要的原材料，到稳定供应训练有素的软件专家。”政府问责局也发现了量子信息服务技术的类似情况，并在2021年的一份报告中指出：“量子技术供应链是全球性和专业化的。鉴于供应链的复杂性，如果供应链中的一个环节出现问题，就可能导致技术开发的延误和其他挫折。”
目前，量子保密系统技术还没有稳定的供应链，因为该领域在不断发展，这意味着漏洞的重要性在不断上升和下降。针对近期问题，量子经济发展联盟与市场情报公司Hyperion Research在2022年合作开展了一项调查，探讨未来3年质控公司在材料、零部件和质控成品供应链方面可能面临的问题。在美国行业的47个受访者中，58%的组织表示，他们将“至少经历一些与质量控制相关的供应链中断，这将影响他们向质量控制行业供应材料、组件或子组件的能力，或直接销售与质量控制相关的商品和/或服务的能力。”
2.支持商业化。大规模量子系统（尤其是量子计算机）的发展取决于能否扩展目前的小型系统。正如美国国家科学、工程和医学研究院2019年的一份报告所指出的，从历史上看，技术系统的增长源于一种良性循环，即更好的技术会带来更多的收入，而公司会将收入重新投入研发，这反过来又会吸引新的人才和公司，帮助技术更上一层楼。要开启量子信息服务技术的这种良性循环，关键在于为目前正在开发的量子技术的近期应用创造一个不断增长的市场，而这又取决于一个由学术界、政府和商业参与者组成的充满活力的生态系统。遗憾的是，美国的政策并没有充分重视支持量子应用。认识到这一点后，量子经济发展联盟于2022年9月发布了一份报告，呼吁美国支持公私合作伙伴关系（PPP），以帮助加速量子计算机的近期应用。
（四）国际量子合作
美国试图与志同道合的伙伴合作，协调量子信息科学技术的开发，考虑建立出口管制。
1.协调量子技术开发。美国已与澳大利亚、加拿大、丹麦、法国、芬兰、印度、日本、荷兰、瑞典、瑞士和英国等国签署了多项有关质量安全系统的双边合作协议。与志同道合的国家合作开发量子信息科学技术至关重要，因为创新和制造必要的相关材料所需的费用、复杂性和规模意味着任何一个国家都无法单打独斗。美国需要提供新的专项研究资金，以确保国际合作在科学上富有成效，并将这些协议的谈判和实施交由适当的机构领导，这样才能使这些协议取得成果。
2.出口管制。在美国，商务部工业与安全局（BIS）根据《出口管理条例》管理敏感技术的出口，包括与量子技术相关的技术。2021年，该机构提议增加一个新的出口管制分类号（ECCN），以管制量子计算机及相关电子装配和组件，包括特定的量子比特设备和电路以及量子控制组件和测量设备。本规则还建议通过更新“加密商品、软件和技术”的ECCN和量子“软件”的ECCN，对开发和生产这些物品的某些相关技术和软件实施管制。虽然美国工业与安全局多年来一直在考虑对量子技术实施出口管制——拜登政府和特朗普政府都曾讨论过这一议题，但具体进展或时间表仍不明确。考虑到该行业的新生性质，以及严厉的出口管制可能对国内增长造成的抑制性影响，美国似乎正在努力避免采取快速行动和破坏性措施。
政策建议
本报告就以上4大政策领域向美国国会提出了10点建议，如下：
1.重新授权《国家量子信息安全法案》，并在2024财年至2028财年期间每年至少拨款5.25亿美元（芯片资金除外）。
2.为《芯片和科学法案》授权的量子科技用户扩展计划（QUEST）提供充足资金，以改善研究人员对美国量子计算资源的使用。
3.在美国能源部内设立量子基础设施计划，以帮助满足研究人员的设备需求，作为重新授权《国家量子信息安全法案》的一部分。
4.充分资助《芯片和科学法案》中授权的美国国家科学基金会量子教育试点计划，该计划将在未来5年内拨款3200万美元，用于支持学生的教育和教师在量子信息服务基本原则方面的培训。
5.指示美国国家科学基金会与美国国家标准与技术研究院合作，系统研究量子人才的需求、趋势和教育能力。
6.授权并资助一项由美国能源部领导的培训计划，让攻读学士、硕士或博士学位的学生与能源部的国家实验室合作，亲身体验量子信息科学。
7.指示美国商务部与量子经济发展联盟合作，审查量子供应链并确定风险。
8.指导并资助美国国家科学基金会最近成立的技术、创新与合作局，为使用启发研究建立量子测试平台。
9.指示美国能源部制定并领导一项计划，邀请盟国共同投资量子创新项目。
10.指示美国国家标准与技术研究院在重新授权《国家量子信息安全法案》时优先考虑促进美国，特别是美国行业利益相关者参与国际标准论坛。
（本文内容系“元战略”公众号原创编译，转载时请务必标明来源及作者）
文章译自：美国信息技术与创新基金会官网
文章题目：
The U.S. Approach to Quantum Policy
文章链接：
https://itif.org/publications/2023/10/10/the-us-approach-to-quantum-policy/
免责声明：文章内容系作者个人观点，如有任何异议，欢迎联系我们！图片来源于网络，如有侵权请联系删除。
编译 | Allen Wang
编辑 | 流景
审校 | Zoie Y. Lee
声明：本文来自元战略，版权归作者所有。文章内容仅代表作者独立观点，不代表安全内参立场，转载目的在于传递更多信息。如有侵权，请联系 anquanneican@163.com。
