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美国量子战略对中美科技关系的影响

日期:2019-11-17 11:02:25   来源:互联网   编辑:小TT   阅读人数:472
美国战略界对中国量子科技发展态势的关切是美国量子战略发展的重要推动因素。美国政府的量子科技战略将加剧中美在量子科技领域的竞争,制约两国在量子科技与产业领域的合作空间,并将阻滞中国与其他国家在这一领域的

美国战略界对中国量子科技发展态势的关切是美国量子战略发展的重要推动因素。美国政府的量子科技战略将加剧中美在量子科技领域的竞争,制约两国在量子科技与产业领域的合作空间,并将阻滞中国与其他国家在这一领域的合作进程。

前言

20 世纪 90 年代以来,随着相关重大基础科学问题的解决和实验技术的迅猛发展,量子信息技术已进入快速突破的新阶段,特别是量子通信技术已经处于集成、工程化和产业化发展的关键阶段,已显示出基于量子技术的产业的征兆。

目前,全球主要科技大国均注重量子技术领域的战略投入,而美国和中国在此领域已处于相对领先地位。在此背景下,美国政府的量子科技战略已逐步成型。

这一战略以相关的战略指导性文件、新近制定的专门法案为基础,以进一步整合公私部门的资源、培养与集聚人力资源等措施为基点,力图维护美国在量子信息技术领域的全球主导地位。中美在量子科技领域的竞争态势日趋明显。

美国量子战略的进一步发展将对中美在这一领域的竞争产生重要影响。

美国量子科技战略的主要特征

特朗普政府执政以来在量子信息科技领域所采取的政策措施以及国会通过的法案,其主要内容及目标导向等方面具有如下特征。1.1注重强化政府部门、机构间机制化合作

自执政以来,特朗普政府通过立法等方式, 推动构建机制化的协调、合作平台,强化公共部门之间对量子信息科学 (QIS) 发展的支持。

2018 年12 月21 日,美国总统特朗普签署《国家量子倡议法》NQI Act这项法案的目的是确保美国在量子信息科学及其技术应用方面继续处于领导地位。其主要支持政策包括:

第一, 支持量子信息科学技术的研究、示范和应用。

第二,加强联邦量子信息科学与技术研发的跨部门规划与协调。

第三,最大限度地发挥联邦政府量子信息科学技术研究、和示范项目的效能。

第四,促进联邦政府、联邦实验室、工业和大学之间的合作。

第五,促进量子信息科学与技术安全国际标准的制定,促进技术创新和私营部门商业化以及实现经济和目标。

而在2018 年9 月,特朗普政府发布的《量子信息科学的国家战略概述》National Strategic Overview for Quantum Information Science已将当时处于立法进程的《国家量子倡议法》中上述政策的核心要点纳入其中。

自 2018 年以来,美国政府推动在政府部门与机构之间构建发展量子科技的机制化平台。

第一,2018 年 9 月 25 日,由白宫科技政策办公室(OSTP)主办的量子信息科学峰会宣布成立量子经济发展联盟联合体 (QEDC)

这一联合体由国家标准与技术研究所 (NIST) 与非营利性的独立研发中心—SRI 国际(SRI International)所领导,旨在扩大美国在全球量子研究和发展以及新兴计算、通信和传感领域的领导地位,并将有效地协调联邦、学术界和产业界伙伴之间的资源和量子研究与工作, 以确保美国在科学发现和发展的前沿地位。

第二,国家科学技术委员会 (NSTC) 曾于 2018 年建立量子信息科技小组委员会,《国家量子倡议法》规定这一委员会由涉及科研的独立机构、涉及安全的相关政府部门,以及白宫科技政策办公室等总统幕僚机构组成,其任务包括协调政府各机构的量子科技研发项目和预算等。

第三, 计划建立国家量子协调办公室来“国家量子倡议”

总之,在联邦政府没有单独的科技部的情况下,特朗普政府通过汇集、协调相关白宫幕僚机构、政府部门、独立(顾问)机构的政策资源,以推动研发进程及相关支持保障措施为主要路径,从政府层面促进美国量子信息技术研发与相关产业的发展。

1.2推动公私部门之间的机制化合作

长期以来,私营部门是美国信息技术发展及产业化的主要引擎。自 21 世纪初以来,美国私营部门对量子计算的投资一直在上升,谷歌、IBM 和英特尔等领先科技公司一直在量子计算架构版本。

在此背景下,美国政府试图通过政策与研发资金支持,撬动民间科研资源, 以有效推动美国量子科技产业的整体发展。

首先,《国家量子倡议法》承诺在未来五年内,通过能源部、国家科学基金会和向量子科技研究投入 12 亿美元。美国政府对量子信息科学的投资以及最近的产业介入,使这一科学领域成为美发企业的一个新生热点领域。

其次,美国政府将有效的公私部门协调,并确定填补研究或基础设施空白的技术解决方案,还将促进知识产权、高效供应链等方面的共享。

再次,以公立研究机构或公私合作机构作为研发合作平台,提升公私部门在量子信息技术研发领域的合力。《国家量子倡议法》规定国家标准与技术研究所的任务是进行标准研究, 以促进量子应用程序的商业。

该机构还根据法案要求与其他公共或私营部门实体 ( 包括工业、大学和联邦实验室 ) 建立或扩大合作研发机构或联盟。

该机构还将根据 2018 年 9 月宣布的计划及《国家量子倡议法》的规定,创建一个量子联盟,以此汇集量子信息科技行业的利益相关者,在标准制定、研究基础设施发展等领域促进量子科学发展。

1.3强化人力资源培养与储备

新兴科技领域的发展前景在很大程度上取决于美国国内在相应的技术人力资源方面的供给能力。

因此,《量子信息科学的国家战略概述》提出,在政府和私营部门成员组织的资助下,量子经济发展联盟联合体 (QEDC) 将确定量子技术发展所必需的劳动力。

国家量子倡议法列出了 7 个重点培训领域 : 量子信息论、量子物理、量子计算科学、应用数学和算法、量子网络、量子传感和检测、材料科学和工程。

该法案要求能源部建立 2-5 个具有竞争力的国家量子信息科学研究中心。到 2023 财政年度,每个项目每年的拨款最高可达 2500 万美元。申请者可以包括国家实验室、大学、研究中心,或包括私营实体的多机构合作,以及能源部认为合适的任何其他实体。

国家科学基金会是量子科技发展战略的重要参与者,其不仅支持质量体系的研究,而且通过研究生培训,支持量子信息科学和工程各方面的人力资源。

根据《国家量子倡议法》国家科学基金会将建立 2-5 个具有竞争力的多学科量子研究和教

育中心。到 2023 财政年度,每个中心每年将获得多达 1000 万美元的资助,并有资格再延续 5 年。申请者可包括高等教育机构和非营利组织, 也可以包括私营部门实体的多机构合作,预计这些中心将有助于将行业视角融入量子信息科技的研发和教育活动中。

能源部负责开展量子信息科技研究项目,为本科生和研究生研究经验和培训。通过对量子信息技术发展所需的人力资源的政策激励措施等相关资源的投入,美国政府希望能够建立起适应其量子科技发展前景的人力资源储备。

1.4以维护为重要的目标导向

虽然美国政府的法案和政策文件对于量子科技的军事应用的阐述较为简略,但安全导向仍清晰可见。

事实上,美国是最先将量子信息技术列入国家战略、国防和安全研发计划的国家,并比较注重于量子计算机的硬件,与军事密切相关的应用。

20 世纪末,加州理工大学、麻省理工学院和南加州大学就已联合成立了量子信息与计算研究所, 直接归美队研究部门管辖, 从属于美国高级研究计划局超大规模计算工程。

目前,量子技术已经成为美方六大技术方向之一,这将对未来美军的战略需求和军事任务行动产生深远影响。

特朗普政府的文件指出,通过发展量子信息科学,美国可创造经济和福利, 其目标是确定和解决包括维护等方面在内的重大,在立法等措施之后,未来将制订具体计划,可能将在十年内创造用于用于生物技术和国防的新型传感器,用于军事和商业应用的下一代定位、导航与计时,以及性的网络安全,包括针对量子信息科学发展而推出的抗量子(quantum-resistant) 密码学。

可见,安全因素仍是当前美国量子科技发展战略中相当重要的组成部分。

美国战略界对中国的基本认知

虽然中国在量子计算等领域与美国仍存在一定差距,但中国在量子通信领域已产生多项突破性成果。

由于量子科技在经济、军事领域的重要应用空间,在美国政府量子科技战略的形成过程中,中国在量子技术领域的发展态势及前景对美国在军事、科技与经济等领域的主导地位的影响成为美国政界、科技界以及战略研究界的重要考量因素。

美国战略界已将中国作为量子科技领域的最重要竞争对手,并将这一态势升级至乃至全球秩序层面。

德克农工大学特聘教授克里斯托弗·莱恩(Christopher Layne)认为,自 2016 年以来,中国在量子技术等新兴技术领域的突破性进展,使得美国的技术领先优势受到削弱,甚至在某些领域,中国已经超过美国。

美国经济实力的相对下降动摇了“美国治下的和平”损害了美国国际经济的能力,也改变了中美在的地缘政治平衡。

2.1中国的量子科技成就强化了美国进一步发展量子科技的紧迫性

在量子计算领域,虽然美国仍居于国际领先地位,但自 2015 年以来,中国加大了在量子

信息科技领域的战略投入,并连续取得了重大技术突破,在量子通信领域已取得一定优势。这一态势也在一定程度上促使美方制定、完善其量子科技战略。

一方面,中国在量子科技领域不断加大战略投入。而在美国战略界看来,自 2004 年中国开始量子计算研究以来,中国在这一技术领域的投资是美国的 30 多倍,特别是 2017 年宣布实施的耗资达百亿美元、位于合肥的国家量子实验室项目,将加速中国对量子计算的各种应用的研究。

战略与国际研究中心 (CSIS) 技术政策项目副主任威廉·卡特 (William Carter) 对众议员表示,在量子领域,中国可能已经领先。

美国正处在一个与中国竞争的新时代, 中国正在经济、军事和政治上美国。 中国能够在量子计算这一基本尚未的领域取得进展,而量子计算对未来的密码学和通信至关重要。

在 2017 年 10 月 24 日,美国众议院科学委员会 (House Science Committee) 召开听证会,调查美国在利用快速发展的量子信息科学领域的国际竞争中所处的地位。

委员会主席拉马尔·史密斯(Lamar Smith) 表示,担心美国在将基础知识为技术方面可能落后。委员会希望制定与听证会主题相关的立法。

另一方面,中国在量子通信、计算和密码学方面正取得迅速进展,尤其是在量子通信领域,已在实体产品方面产生显著突破。

2016 年8 月,中国发射了世界上第一颗量子卫星。次年6 月,中国利用量子纠缠技术将“墨子号”卫星的数据发送到地面接收站,证明了通信的安全性。

2016 年底,连接北京与上海的高可信、可扩展、军民融合的光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”全线贯通,这一项目能够推动量子通信技术在国防、政务、金融等领域的应用与相关产业发展。

与此同时,在量子通信和密码学专利注册方面,我国已具备技术优势。

在此背景下, 民主党籍马萨诸塞州联邦参议员伊丽莎白·沃伦(Elizabeth Warren)指出,“中国在量子信息技术等领域投入巨大资源,试图超越美国成为全球技术强国,而美国是否会保持自己的优势, 并将这些技术用于积极用途仍是一个悬而未决的问题。”

而且新美国安全中心 (CNAS) 研究员艾尔莎·卡尼亚(Elsa B. Kania)认为,中国将量子信息科学纳入十三五国家科技创新规划和国家重点基础研究发展规划的高水平优先领域。

通过广泛的投资,中国科学家已经在量子通信、量子计算、甚至量子传感的研究和发展上取得了迅速的进步,并将准备引领即将到来的第二次量子,寻求在这一关键技术领域超越美国。

2.2量子科技的两用潜力强化了美国战略界对中国“量子威胁论”的渲染

而美国政府实际上已将量子研究作为事关的一个新兴领域,而非简单的技术转型。

美国国土安全部国家保护和计划理事会战略、政策和计划主任约翰·科斯特洛 (John Costello) 等认为,随着中国将其最敏感的军事、政府和商业通信转向量子网络,可能会增强信息安全并挫败美国的网络间谍和信号能力,相比之下,美国尚未在大规模实现此类解决方案取得进展。

因此,中国在量子科学上的进步可能会影响未来的军事与战略平衡,甚至可能超越美国传统的军事技术优势。

其次,量子信息技术在先进雷达领域的应用前景,美国战略界认为有可能削弱美国在隐形飞机领域的军事优势,甚至可能会削弱美国对中国潜艇的追踪能力。

麻省理工学院技术评论MIT Technology Review旧分社社长马丁·加尔斯Martin Giles声称,中国最大的国防电子公司—中国电子科技集团公司 CETC 于 2018年 11 月发布了一款原型雷达,可利用量子技术来探测隐形飞机的位置,这仅是量子科技能够改变战争面貌的几种技术之一。

对这些技术的追求,正在引发美中之间的新一轮军备竞赛, 量子时代的到来对中国是一个千载难逢的机会, 可使其在军事技术竞争中获得优势。

为支持国防战略,美国已确立了包括量子科学与计算等在内的 10 个优先技术领域,但美国在这些领域的优势正在减少或消失 , 中国正在成为信息等关键技术领域的全球领导者。

对中美竞合关系的影响

量子信息技术的发展前景 , 将对未来各主要国家的科技与产业竞争力、国防能力等领域产生重要影响。

自 2016 年以来,世界主要经济体围绕量子通信、量子计算等领域的竞争日趋激烈。由于基于零和思维与敌对意向来看待中国在量子信息科技领域的发展态势,特朗普政府的量子科技战略及其后续政策措施,不可避免地将加剧中美在这一领域的竞争,并制约中美双边乃至中国与其他国家之间的量子科技合作空间。

3.1加剧中美在量子科技领域的竞争性

在当前美国对华科技战略整体竞争性上升的背景下,美国的量子科技战略及其或明或暗地针对中国的战略意图将强化两国在这一科技领域的战略竞争。

一方面,美国政府试图在这一科技领域全面领先中国。哈德逊研究所 (Hudson Institute) 的高级研究员,量子联盟倡议 (QAI) 主任亚瑟·赫尔曼(Arthur Herman)声称,美国不仅要在建造第一台通用量子计算机的竞赛中取得领先, 而且要使美国在量子信息科技领域的竞赛中取得领先地位。

当前,美国在量子计算领域处于明显领先地位,但在量子通信领域,中国已略具优势。未来一段时期,美国出于削弱中国技术优势的需要,将会加大在量子通信领域的战略投入,从而试图塑造、巩固其在这一新兴技术领域的全面优势。

另一方面,美国政府意欲协同盟国与合作伙伴国共同提升在量子科技领域对中国的竞争优势。目前,美国战略界不乏利用盟国及合作伙伴力量共同限制中国量子科技能力的战略企图。

哈德逊研究所(the Hudson Institute) 的研究人员汤姆·基兰(Tom Keelan)强调,美国目前可用于应对像量子信息技术这样严重的新安全威胁的经济和人力资源有限,而与“五眼联盟” 国家的合作可通过最大化发挥盟国的资源,应对中国在量子科技领域的发展态势,并保持美国的技术优势。

为此,五国需在涉及新技术的行动、和领导层面进行协调,相互共享各自的数字工具,并利用加密程度高的数据库和共享软件平台以及通信渠道,促进盟国在关键的量子研究领域成果、信息的快速、安全共享,以防中国“窃取”相关机密数据等事件发生。

事实上,美国政府正计划与最亲密的军事伙伴加拿大、英国、澳大利亚和新西兰在量子导航等领域开展联合研究计划。

3.2制约中美在科技与产业领域的合作空间

美国政府对量子科技发展的重视程度与战略投入的上升,特别是将中国作为包括量子科技等前沿技术领域竞争对手的战略倾向,将侵蚀两国在科技界以及产业界领域的合作空间。

中外科技交流与合作是中国科技发展的重要基础。特别是在科研项目合作、科技人员交流、科研设备引进等方面,美国科研界与科技产业界对中国前沿科技水平的提升具有重要意义。

此外,与中国科研人员的合作也是美国科学界推动创新的重要渠道。

据美国国家科学基金会统计,美国在 2016 年参与了全球 38.6% 的科学与工程学论文;当年中国通过国际合作出版的科学与工程学论文中,有 46.1% 的合作是美国人;中美在此方面的合著数量要比两国科研人员与他究人员合著的数量水平高出 19%。

由此可见,中美两国科学界存在紧密的合作关系与广阔的合作需求。在某些前沿技术领域,两国科研人员已合作产生重要的研究成果。

2018 年 11 月,中国科技大学与清华大学、斯坦福大学的学者经过三年的合作研究, 制备出新型量子材料—具有纯平蜂窝结构的单层锡烯,其被认为是继石墨烯之后又一种具有优越物理性质的新型量子材料。

因此,诸如量子信息技术相关项目等大科学项目的规模和资源投入使得国际科学合作日益必要。

由于目前美国政府已将中国视为经济、技术以及政治领域的战略竞争对手,通过严控中国科研人员旅美签证,加强对中国海外人才计划所涉及的旅美学者的监控与,因此中美在半、非层面上对前沿科技的合作空间日益受限。

而且自 2017 年以来,美国在出口管制、外资等领域的政策收缩,亦将进一步限制两国的高科技产业的合作前景。

特别是 2019年 5 月以来,美国政府进一步加强了对中国信息技术与产业发展的限制,华为公司被美国列入禁运名单即为一例。

在此形势下,美国政府对量子科技的战略定位及其安全导向,必然使得该领域成为双边科技合作的主要管控领域之一。

3.3阻滞中国与相关技术强国在量子科技领域的合作进程

基础科学研究需要“开放性”由于功能齐全的量子计算机可能需耗时数十年,因此在量子科学基础研究领域尤需各国合作,以共享各自具有的技术优势,并分摊成本。

在此背景下,中国正在大力推动大科学项目的国际合作,并计划“墨子号”卫星项目未来与意大利、瑞典、等国开展洲际量子密钥分发实验。

当然,由于量子信息科学具有较为显著的军民两用特性,其国际合作进程亦面临诸多制约因素。

为保持在量子信息科学领域中的领导地位和竞争力,美国政府强调寻求与志同道合的政府和工业伙伴加强国际合作,以确保在基础研究和技术方面的投资所产生的技术继续造福美国人民。

而且其会同包括“五眼联盟” 国家在内的盟国进行量子信息技术合作的进程逐渐加快,其针对中国的指向性亦日益明显。

因此,在中美战略竞争性上升、美国强化与盟国在量子科技领域的合作背景下,中国与相关发达国家在量子信息技术领域的合作进程将会受到冲击。

特别是美国有可能借助政治手段, 直接干扰、阻滞其盟国、合作伙伴国与中国在前沿科技的合作进程,这将可能制约中国与部分发达国家在量子科技领域的合作前景。

孙海泳,上海国际问题研究院美洲研究中心副研究员,研究方向为中美关系、对外投资。

本文相关词条概念解析:

量子

量子(quantum)是现代物理的重要概念。最早是M普朗克在1900年提出的。他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的,只能取能量基本单位的整数倍。后来的研究表明,不但能量表现出这种不连续的分离化性质,其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。量子化现象主要表现在微观物理世界。描写微观物理世界的物理理论是量子力学。量子一词来自拉丁语quantum,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念,指一个不可分割的基本个体。例如,“光的量子”是光的单位。而延伸出的量子力学、量子光学等更成为不同的专业研究领域。其基本概念为所有的有形物质是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值是特定的,而不是任意值。例如,在(休息状态的)原子中,电子的能量是可量子化的。这决定原子的稳定和一般问题。在20世纪的前半期,出现了新的概念。许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的的基本理论。在量子出现在世界上100多年间,经过普朗克,爱因斯坦,斯蒂芬霍金等科学家的不懈努力,已初步建立量子力学理论。

  • 网友评论
  • 皮卡皮卡蹦
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    夸克不能被直接观测到,只能通过强子的变现来推测
    2019-11-30 13:24
  • ︶铅笔画不
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    作为资本主义世界的老大,这显然不符合美国企图继续掌控世界的目的,也不符合资本家无利不图的本质
    2019-12-08 06:33
  • 米小果爱棒
    米小果爱棒
    为什么中国在量子科技世界领先?
    2019-12-05 17:19
  • 你再孤芳自
    你再孤芳自
    我们再来看看,美国《新闻周刊》中国实现了千公里级别的量子加密通信进行了报道,并引用牛津大学教授的话说
    2019-12-07 18:09
  • 不一样的标
    不一样的标
    量子通信并不是解决信息传输的问题,而是解决信息加密的问题
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  • 旧时光帅气
    旧时光帅气
    所以,愿意投入深入研究的美国科学家很少
    2019-12-02 14:37
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    量子和夸克是什么关系?
    2019-12-01 11:30
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    中国量子加密通信技术让他感到兴奋,但同时也让他感到担忧,因为这将颠覆世界,但是领导该技术潮流的是中国而不是英国
    2019-12-01 17:41
  • azurehello
    azurehello
    世界网络设施的根,就在美国,美国不仅因此大发横财,也掌握着世界其它国家的网络中枢
    2019-12-06 07:10
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