Att hålla Amerika först i kvantberäkning innebär att undvika dessa fem stora misstag

Ms. Tech

Efter att ha sett Kina gå om sin ledning inom artificiell intelligens är USA fast beslutna att behålla den globala topplatsen inom kvantteknologi.

Två separata lagar som presenteras i kongressen skulle öka de federala utgifterna för kvantforskning och uppmuntra fler offentlig-privata partnerskap på området. Ett stort fokus i lagstiftningsförslagen ligger på kvantberäkning, som så småningom kan producera maskiner som får dagens kraftfullaste superdator att verka som en kulram.

Till skillnad från konventionella maskiner, som behandlar data i bitar som representerar antingen 0 eller ett , kvantdatorer utnyttjar kvantbitar, eller qubits, som kan representera båda värdena samtidigt. Samtidigt som att lägga till några extra bitar till en klassisk dator gör en blygsam skillnad i dess förmåga, ökar en kvantmaskins beräkningskraft exponentiellt om du lägger till några qubits.

Relaterad berättelse

Relaterad berättelse Hej, kvantvärld.

Den komplexa tekniken är fortfarande i sin linda, men den går snabbt framåt (se Seriösa kvantdatorer är äntligen här. Vad ska vi göra med dem? ). I framtiden kan kvantteknologi hjälpa forskare att utveckla nya material, skapa nya molekyler för läkemedel och producera superkraftiga sensorer för saker som oljeutforskning. Tekniken har också stora konsekvenser för nationell säkerhet: kvantdatorer kan hjälpa till att knäcka även den mest avancerade krypteringen som används idag, och de kan skapa nya, praktiskt taget okrossbara kommunikationsnätverk.

C hina ringer

Andra länder och regioner har redan meddelat ambitiösa planer för att finansiera kvantaktiviteter. Europeiska unionen har lanserat ett flerårigt initiativ med stöd av en investering på cirka 1,2 miljarder dollar, och Kina investerar 10 miljarder dollar för att skapa ett nationellt laboratorium för kvantinformationsvetenskap i Hefei, som ska öppnas 2020.

Federal finansiering för kvantforskning i Amerika uppgår redan till cirka 200 miljoner dollar till 250 miljoner dollar per år. Tack vare detta stöd och ansträngningar från stora företag som IBM och Google, plus startups som Rigetti Computing och IonQ, leder Amerika fältet inom många områden av kvantteknologi, inklusive datorerna själva (se Google tycker att det är nära 'kvantöverhöghet.' Här är vad det verkligen betyder). Enligt Patinformatics, som spårar patentfamiljer, eller grupper av patent som täcker specifika uppfinningar, har Amerika 800 av dessa inom kvantberäkningar – mer än fyra gånger så många som Kina.

Men Kina går snabbt framåt, särskilt inom kvantkommunikation: det har redan demonstrerat ett kvantsäkrat videosamtal mellan Peking och Wien, med hjälp av en speciell satellit. Och det går snabbt framåt inom kvantkryptografi: Patinformatikdata visar att Kina gick om USA på den här typen av patentfamiljer 2014. Det betyder inte nödvändigtvis att landets teknologi är bättre, men det är verkligen ett tecken på hur snabbt dess expertis utvecklas.

Chad Rigetti, VD för Rigetti Computing, som är en stark anhängare av ansträngningar för att skapa en amerikansk nationell kvantplan, noterar att i AI började Kina med att återskapa många av samma resultat som uppnåtts av amerikanska forskare och sedan använde erfarenheten för att utveckla en AI arbetsstyrka som nu producerar massor av innovativa idéer. Rigetti ser att landet går snabbt framåt även på sitt eget område. Jag tvivlar inte på att samma lekbok tillämpas i kvantum, säger han.

En quantum twofer

Amerikanska politiker har arbetat med lagstiftning med denna spirande rivalitet i åtanke. Ett utkast till lagförslag kallat Quantum Computing Research Act, som nyligen presenterades av Kamala Harris, en demokratisk senator från Kalifornien, skulle kräva att forskningscheferna för marinen och armén inrättar offentlig-privata forskningskonsortier för kvantprojekt. Dessa skulle pågå till 2024 och få en ospecificerad mängd statlig finansiering.

Relaterad berättelse

Relaterad berättelse Kvantdatorer kan bryta den kryptografi som konventionella blockkedjor är beroende av. Nu säger fysiker att ett sätt att trassla in nuet med det förflutna skulle kunna förhindra denna typ av attack.

Ett annat lagförslag håller på att utarbetas av Lamar Smith, den republikanska ordföranden för huskommittén för vetenskap, rymd och teknik. Utkastet till National Quantum Initiative Act har inte publicerats ännu, men Smith har utfärdat de stora konturerna i ett pressmeddelande . Det skulle bland annat ge det amerikanska energidepartementet tillstånd att skapa ett antal forskningscentra där fysiker, ingenjörer och mjukvaruexperter kan arbeta i projekt tillsammans. Det skulle också belasta Vita husets kontor för vetenskap och teknikpolitik för att skapa en panel för att övervaka federala ansträngningar.

I slutändan kommer dessa räkningar och alla andra initiativ att behöva smältas samman i en amerikansk huvudplan. Här är några av de misstag som beslutsfattare måste undvika om de vill att planen ska bli en framgång:

• Att sätta militären i ledningen. Harris lagförslag syftar till att sätta försvarsministern i den övergripande ledningen för ett kvantinitiativ, i samordning med Vita husets OSTP. Detta skulle med största sannolikhet leda till ett alltför snävt fokus på områden som kvantkryptografi och kommunikation. Dessa är viktiga, men kvanttekniken lovar mycket bredare fördelar, och den nationella planen bör återspegla det. Även om militär- och underrättelsesamfunden borde ha mycket input med tanke på deras långa erfarenhet av kvantteknologi, borde de inte diktera den övergripande strategin.

• Att vara alltför föreskrivande om vad som finansieras. Kvantteknologin förändras så snabbt att alla nationella initiativ måste vara flexibla: resurser kommer att behöva flyttas till olika projekt i takt med att området utvecklas. Både Harris och Smith-planerna kommer sannolikt att lämna rimligt rörelseutrymme för detta, vilket är uppmuntrande.

• Underinvesteringar i personalutveckling. Att öka Amerikas kvantarbetskraft borde vara en högsta prioritet, eftersom det finns en stor talangbrist på området, och inte bara för att bygga kvantmaskiner. Det är verkligen svårt att anställa utvecklare som kan kompilera programvara för att köras på kvantkretsar, säger Christopher Monroe, professor vid University of Maryland och medgrundare av IonQ. Enligt Smiths pressmeddelande skulle hans lagförslag ge National Science Foundation tillstånd att skapa forskningscentra och kurser för att hjälpa till att utveckla kvanttalanger. Harris lagförslaget nämner inte utbildning alls.

• Överinvesterar i allt kvantum. En grupp akademiker och chefer inklusive Rigetti och Monroe publicerade en artikel tidigare i år som efterlyste en total budget på 800 miljoner dollar under en första femårsperiod för att täcka forskningsinsatser och utveckling av arbetskraft. Det skulle nästan fördubbla den befintliga årliga federala investeringen på området.
  
  Varken Harris lagförslag eller pressmeddelandet från Smith nämner specifika belopp. Men en medhjälpare i huskommittén säger att dess nuvarande tänkande inkluderar 50 miljoner dollar per år för NSF och 125 miljoner dollar per år för DoE:s centra under fem år, vilket skulle summera till ungefär det antal som rekommenderas av akademiker och företagsledare. Smith-planen förutser ytterligare 80 miljoner dollar per år för arbete utfört av National Institute of Standards and Technology med kvantstandardinställning och andra frågor, vilket ger de totala investeringarna till nästan 1,3 miljarder dollar. Kanske är NIST-arbetet värt alla dessa extra pengar, men skälen för det bör granskas noggrant.
  
  Vilka siffror som än väljs till slut, kommer planens administratörer att behöva se till att pengarna inte sprids för tunt och inte subventionerar arbete som den privata sektorn ändå skulle ha gjort.

• Misstag Amerika först för bara Amerika. Amerika har inte monopol på expertis inom kvantberäkning, så det är viktigt att alla planer uppmuntrar internationellt samarbete med andra spetsforskningscentra, som Kanada, Australien och Europa. Det finns också ett fall för att samarbeta med kinesiska forskare inom icke-känsliga områden. Den nuvarande ockupanten av Vita huset kanske inte är så förtjust i Kina – eller Kanada (förlåt, herr Trudeau) – men det borde inte vara en anledning att ta bort samarbetet inom detta viktiga område. Amerika behöver en nationell plan för kvantberäkning, men det behöver också ett globalt tankesätt för att det verkligen ska fungera.
<

Dölj