美国欲强力推进量子物理学研究

编译 魏刘伟

许多国会议员承认，他们发现量子物理学对亚原子世界的反直觉描述令人难以置信。但这并不妨碍美国国会议员和特朗普政府的政策制定者支持更好地组织和增加量子研究资金的努力。这很可能会重塑计算、传感器和通信领域。

众议院科学委员会将提议立法，以支持新的为期10年的国家量子倡议（NQI）。白宫计划正式启动一个新的小组，指导联邦政府在量子科学中的活动。主要科学机构都在呼吁国会加快开展量子研究。参议院也支持对该领域的推动：它批准了一项庞大的国防政策法案，其中包括指示五角大楼设立一项耗资2 000万美元的量子科学计划条款。

学术研究人员和技术公司的联盟对此长达一年的推动引发了这一系列活动。支持者认为，美国需要一个更好的计划来收获量子研究的潜在成果，并跟上全球竞争对手的步伐。欧盟已经启动了长达10年的量子研究计划，中国正在该领域投入巨资。美国马里兰大学帕克分校物理学家克里斯·门罗（Chris Monroe）是一家开发量子计算机的初创公司的联合创始人。门罗说，美国是“唯一没有在该领域制定规划的主要国家”，该公司的量子计算机在某些领域可能会超越传统计算机。

2017年6月，包括门罗在内的一小批学者、高管和说客发布了一份呼吁NQI的白皮书；他们在2008年4月份发布了这项蓝图。与此同时，众议院科学委员会2017年10月就此议题举行了一次听证会，预计晚些时候将发布一项基于该蓝图的法案。

根据委员会发言人的说法，该法案将授权能源部（DOE）和国家科学基金会（NSF）在大学、联邦实验室和非营利研究机构建立新的研究中心。这些研究中心旨在建立从事基础研究的物理学家、建造设备的工程师和开发量子算法的计算机科学家之间的联盟。伊利诺伊州芝加哥大学物理学家大卫·奥斯沙龙（David Awschalom）表示，这些中心可以为寻求开发商业技术的学者提供专业知识和昂贵的研究工具。“这里的研究需要迅速超越任何个人实验室。”他说。

伊利诺伊州埃文斯顿西北大学化学家丹娜·弗里德曼（Danna Freedman）说，这个提议“听起来真的很有希望”。弗里德曼没有参与这个提案，但她合成了可用于构建新型量子计算机组件的材料，她表示她的热情“取决于政府决定在何种程度上介入该研究”。

该蓝图建议研究中心聚焦在三个方面：开发用于生物医学、导航和其他应用的超精密量子传感器、防黑客量子通信以及量子计算机。该法案可能会由联邦机构、新的白宫量子小组和外部咨询小组决定，以确定倡议的重点。支持者还表示，这项努力可能有助于推动量子计算机软件的发展——这是目前的一个主要障碍。据加利福尼亚州伯克利的一家创业公司“Rigetti计算”的威廉·曾（William Zeng）说，当今只有“数十或数百人”可以对量子计算机编程，他正在寻求建造量子计算机并提供量子计算服务。“但这不足以发挥该技术的全部潜力。”曾说。

目前尚不清楚由科学小组中的共和党人正在制定的众议院法案会提供多少资金。该蓝图设想在5年内向NQI提供8亿美元，但即使该法案支持该数字，国会拨款人也将拥有最终决定权。同样不确定的是，民主党是否会签署该法案并帮助确保该法案在众议院通过，以及参议院是否会支持这一想法。

与此同时，立法者和特朗普政府正在努力支持联邦政府在量子科学方面的支出，分析师估计该方面的支出每年约有2亿美元。加上参议院批准的2 000万美元（但尚未被整个国会批准），特朗普政府2019年的预算要求将在NSF创造一个新的3 000万美元的“量子飞跃”计划，并将美国能源部的量子研究项目费用提升至1.05亿美元。

长期以来被视为领导者的美国正面临着量子领域日益激烈的全球竞争，一直在量子研究中发挥重要作用的马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究所所长瓦尔特·科潘（Walter Copan）说：“这相当于当今的太空竞赛。”他曾与众议院科学委员会主席拉马尔·史密斯（Lamar Smith）会面。科潘补充说，将联邦资源集中在该领域，“将会对国家有巨大的贡献——如果做得好的话。”

资料来源 Science