【导读】近年来，量子科技，特别是量子计算的研究呈加速发展的态势。包括中国在内的40多个国家制定了量子规划，量子科技前沿竞争不断升温。不过，最近阿里达摩院将量子实验室捐赠给浙江大学，Meta首席AI科学家也表示不看重量子计算的应用前景。而本文正是基于私营企业研发投入不足的现实情况，试图探讨每年美国应投入多少公共资金，才足以保持量子领域的“美国优势”。

本文基于美国立场，提出维持量子优势的十项建议，其中包括建议美国政府在《芯片法案》的基础之上，在未来4年每年至少拨款5.25亿美元支持量子领域的发展；构建量子产业联盟；将量子教育安排到K12教育中；支持高校学生参与美国能源部国家实验室项目，以获得量子领域的实操经验等等。

本文为充分游说量子技术的重要性，又一次借中国来推动美国国内政策目标。作者指出，中国的公共资金投入几乎达到美国的8倍，而欧盟则是美国的4倍。相比之下，美国不少政客口头上支持关键行业的创新投资，但具体实施时，却落实不到预算上。不过，作者也坦言，政府对量子领域增加资金投入，但预期收益如何，还难以评估。

本文为文化纵横新媒体原创编译“技术革命的冲击与重构”之十，编译自美国科技创新智库“信息技术和创新基金会”（ITIF）旗下数据创新中心的研究报告，原题为《美国的量子政策方针》（The U.S. Approach to Quantum Policy），仅代表作者观点，供读者参考辨析。

文化纵横新媒体·国际观察

2023年第57期 总第168期

美国的量子政策方针

美国政府对量子技术的兴趣至少可以追溯到20世纪90年代中期，当时美国国家标准与技术研究院 （NIST） 、国防部 （DOD） 以及美国国家科学基金会 （NSF） 举办了第一次“量子技术”研讨会。美国国家科学基金会 （NSF） 将其描述为“一个结合并借鉴了物理学、数学、计算机科学和工程学等学科的全新科学技术领域...其目标是在本世纪初发现的基本物理定律的基础上，显著改善信息获取、传输和处理能力。”自第一次研讨会至今的25年里，量子信息科学取得了显著进步， 在推动计算能力、安全通信和科学发现方面显露出巨大潜力。如今美国政府已清醒认识到需出台相关政策，确保在这一关键领域的国家竞争力。

（本文发表截图）

▍美国当前政策方针概述

量子信息科学 （QIS） 是一个总括性术语，它包括几种不同的技术。在本报告中，“量子科学”主要指如下五种技术：

（1）量子传感和计量学：是指利用量子力学来增强传感器和测量科学。

（2）量子计算：是指利用量子力学来实现比经典计算机计算速度快指数级倍数的计算机科学发展。

（3）量子网络：是指利用量子力学原理开发安全通信协议，以确保传输信息的机密性和完整性。

（4）量子信息服务促进基础科学：指利用量子器件和量子理论扩展其他学科的基础知识；例如，提高对生物学、化学和能源科学的理解。

（5）量子技术应用：包括使用量子技术创造实际应用、为电子、光子学和低温学创造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，如开发后量子密码技术以保护敏感信息。

近年来，美国行政部门和立法部门采取的行动主要有：行政方面，白宫通过国家科学技术委员会（NSTC）发布了两份具有开创性意义的报告，阐述了对量子技术的国家战略方针。 国家科学技术委员会 （NSTC） 是美政府内阁级别的统筹科学政策的委员会，其主要目标是确保科学技术决策和计划与总统有关声明目标一致。

第一份报告发布于2016年7月，在奥巴马总统的任期之中，题为《推进量子信息科学：国家挑战与机遇》。 该报告概述了三项原则，以指导“全政府”层面的量子技术的战略计划：（1）核心项目保持稳定和持续，并随新机会的出现进行增强或重组；（2）对有针对性的、时效性的项目进行战略性的投资，以实现具体的、可衡量的目标；（3）密切监测并实时评估量子技术的投资成果，以便及时调整计划取得突破。

第二份报告发布于2018年9月，在特朗普总统的任期中，题为《量子信息科学国家战略概览》 ， 该报告确定了联邦量子投资的六个政策机遇和优先事项：（1）量子技术的发展以科学为先；（2）发展量子智能劳动力；（3）深化量子产业合作；（4）提供关键基础设施建设；（5）重视国家安全和经济增长；（6）推进国际合作。

在立法方面，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月被签署成为联邦法律，旨在加速和推进美国的量子科学和技术。 《国家量子倡议法案》（NQIA）创建了一个量子研发框架，并授权在五年内（2019至2023财年）为各种举措提供 超过12亿美元的资金 ， 主要分配给历史上大量参与量子技术研发的三个机构： 美国国家标准与技术研究所（NIST）、美国国家科学基金会（NSF）以及能源部（DOE）。

《国家量子倡议法案》 （NQIA） 主要包括以下内容：（1）授权如上机构加强量子技术有关项目规划和成立新的研究中心；（2）成立一个隶属于 隶属于科学和技术政策办公室 （OSTP） 新的联邦机构“国家量子协调办公室 （NQCO） ”，负责协调 联邦政府、工业界和学术界的量子交流活动；（3）成立国家量子倡议咨询委员会 （NQIAC） ，由 学术界、工业界和政府的专家组成，负责为 《国家量子倡议法案》 （NQIA） 计划提供独立评估和建议。

《国家量子倡议法案》 （NQIA） 授权的项目已于2023年9月30日到期，该法案需要重新授权，以继续美国在这一关键领域的领导地位。

《2022年芯片与科学法案》修订了《国家量子倡议法案》 （NQIA） ，新增如下内容：（1）授权量子网络基础设施的研发；（2）指导美国国家标准与技术研究所 （NIST） 制定量子网络和通信标准；（3）建立能源部 （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、择优审查的程序达成；（4）要求 美国国家科学基金会 （NSF） 将量子科学纳入各级教育的科学、技术、工程和数学 （STEM） 课程，并明确将其纳入到技术、创新与合作局 (TIP) ，即美国国家科学委员会名下以新兴技术为政策重点的机构。

本报告还就如上政策领域向国会提出了10项建议：

（1） 重新授权《国家量子倡议法案》（NQIA），并在2024至2028财年每年至少 拨款5.25亿美元（在芯片预算的基础之上） 。

（2）全额资助《芯片与科学法案》授权的“ 科学和技术量子用户扩展计划” （QUEST） ，以提高研究人员对美国量子计算资源的可访问性。

（3）促使能源部 （DOE） 建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《国家量子倡议法案》 （NQIA） 重新授权的一部分。

（4）全额资助《芯片与科学法案》授权的“美国国家科学基金会（NSF）量子教育试点项目”， 该项目将在未来五年拨款3200万美元，用于支持K-12学生的教育和量子科学基础方面的教师培训。

（5）促使美国国家科学基金会 （NSF） 与美国国家标准与技术研究院合作，对量子劳动力需求、趋势和教育能力进行系统评估。

（6）授权并资助美国能源部 （DOE） 领导的培训计划， 该计划旨在帮助攻读学士、硕士或博士学位的学生与美国能源部 （DOE） 国家实验室进行合作，以获得实际的量子技术操作经验。

（7）指示商务部与量子经济发展联盟 （QED-C） 合作，审查量子供应链并识别风险。

（8）资助美国国家科学基金会 （NSF） 成立的技术、创新和伙伴关系理事会，以建立量子应用方面的研究试验平台。

（9）促使能源部 （DOE） 邀请盟国投资，建立一个由美国及其盟国共同组成的量子登月计划项目。

（10）要求美国国家标准与技术研究所 （NIST） 以美国为先， 要求美国相关企业及机构积极参与到《国家量子倡议法案》 （NQIA） 设定国际标准的流程之中。

▍量子研究与开发的投入方向

尽管民用、国防和情报机构投资量子研发由来已久，美国政府最近还是采取了重要措施，通过《国家量子倡议法案》 （NQIA） 和《芯片与科学法案》加快、加强和协调联邦量子研发投资。重要的政府行动主要分为如下三个方面：

1.增加量子科学的研发资金

在《国家量子倡议法案》 （NQIA） 之下，联邦大幅加了研发投资，2019-2023年间，联邦的资金 投入大约翻了一番。需要注意的是，尽管《国家量子倡议法案》 （NQIA） 为各个联邦机构的量子研发设定了资金目标，但它并不能保证具体的注资金额。而具体的资金和研发优先事项则通过另一项独立法案，每年的《国防授权法案》进行落实，

图1显示了自《国家量子倡议法案》（NQIA）确立以来美国的量子研发预算，2019年的实际预算支出为4.49亿美元，2020年为6.72亿，2021年则为8.55亿，而2022年申请的预算授权高达9.18亿，2023年请求的权限则是8.44亿美元。 而图中“NQI”的部分则是在基础研发活动之外、由 《国家量子倡议法案》 （NQIA） 授权活动的资金，它占据了很大的组成部分。

图2显示了《量子信息科学国家战略概述》中单个项目的注资占比，分为量子传感和计量（QSENS）、量子计算（QCOMP）、量子网络（QNET）、量子发展（QADV）和量子技术（QT）五个领域。

图1：《国家量子倡议法案》（NQIA）

颁布后美国量子信息科学研发预算

图2：按项目组成部分划分的美国量子信息科学研发

在美国，公众普遍认为针对量子研发的注资仍然不够。 事实上，美国量子倡议咨询委员会也持同样看法，在向国会争取“量子科学下一次迭代”方面的研发基金，以便为“国家保持在量子科学方面的战略优势”。

量子技术仍处于早期阶段，研究成熟道阻且长。创新的第一步便是普林斯顿已故教授 唐纳德·斯托克斯所说的“巴斯德象限”，即被应用需求激发的基础研究。然而民营企业没有足够的动力进行创新，因为它们既不能获得投资所带来的全部溢出收益，也难以预测投资回报的速度。此外，民营企业即便做相关研究，也局限于有其商业相关性和经济效益的领域，而不是达到公共福祉。因此联邦政府的资助 对确保新知识、新技术和新方法的研发至关重要。

目前，有几个国家对量子领域的投资远超美国， 例如英国正在启动为期10年的计划，作为国家量子战略的一部分，承诺从2024年起投资25亿英镑 （31亿美元） ，并额外吸引10亿英镑 （13亿美元） 的私人投资。此外，欧盟的公共资金投入则是美国的四倍，而 中国几乎达到了八倍 。

但问题是，美国需要多少投资才能维持量子领域的优势？这很难回答。部分原因是，尽管政府通过《国家量子倡议法案》 （NQIA） 增加的资金力量可以量化，但很难评估这些投入所带来的收益。 并且美国对于量子研究的资金、时间和产出的比重，也没有一致的衡量标准。仅仅在2023年3月能源科学联盟 （Energy Sciences Coalition） （一个由100多个组织组成的广泛联盟，代表大学、工业和国家实验室的科学家、工程师和数学家）给国家量子倡议咨询委员会的书面建议中，明确提到“从2024-2028年的五年时间里，美国每年至少需要投入6.75亿美元”。

从积极的角度看，美国正在推行的《芯片和科学法案》就包括量子领域的投资：例如注资5亿美元用于量子网络基础设施的研发；而对其他关键行业的投资也将惠及量子应用，例如20亿美元的国防部 （DOD） 微电子研发项目 。就将为依赖 微电子组件的量子系统开发带来巨大红利。

不幸的是，尽管不少政客在口头上支持关键行业的创新投资，但《芯片和科学法案》并没有得到所需的资金支持。 拜登政府的2024财年预算请求和联邦政府的2023财年综合支出法案都没有达到《芯片和科学法案》设定的资金目标，前者少了50多亿美元，而后者与 美国国家科学基金会 （NSF） 、能源部 （DOE） 科学办公室和美国国家标准与技术研究所 （NIST） 的授权目标相比，少了近30亿美元。

此外，考虑到最近围绕降低联邦总支出的斗争，芯片资金和《国家量子倡议法案》 （NQIA） 的重新授权似乎很紧张。正如众议院科学、空间和技术委员会的一名成员指出的那样，“在本届国会上，我们应该不会看到像去年类似的芯片相关的计划。”而 如委员会的另一位成员所说，“《芯片和科学法案》的‘科学’部分必须得到拨款，这将在量子信息科学的基础研究和应用研究中产生巨大红利。 ”

2.促进跨学科研究

早在1999年，美国国家科学基金会 （NSF） 便先见地指出，量子研究具有深刻的跨学科性，该领域的进步需要“在数学、计算机科学和信息理论、理论物理学和实验物理学、化学、材料科学和工程学等多个学科具有专业知识的人共同努力”。例如开发一个 能够在存在噪声和其他干扰的情况下运行的系统，就需要量子通信协议、计算机算法、硬件设计和实验物理方面的专业知识。

但到迄今为止，量子研究方面的跨学科合作并未有效地建立。而这源于联邦政府盘根错节的资助：在一份2018年的国会研究服务部的报告中发现， “联邦部门，甚至在一个部门的办公室内，就存在不同学科间可能排斥的研究资助，因此研究人员之间的协调合作变得困难。”

美国国家科学基金会 （NSF） 和美国能源部 （DOE） 都在努力通过支持跨学科研究中心的建立来克服这些体制障碍：

美国国家科学基金会 （NSF） 专注于促进大学中心和研究所跨部门的学者合作。截至2023年3月，该机构已资助了五所量子飞跃挑战研究所。拿其中之一举例：马里兰大学的研究所专注于构建能够稳健模拟量子系统行为的系统，该研究所除本校师资外，还汇集了杜克大学、普林斯顿大学、北卡罗来纳州立大学、耶鲁大学的研究人员。

如图三所示，美国国家科学基金会不仅资助专注广泛量子科学和技术研究的研究中心， 还资助了几个量子铸造厂，专注开发和制造量子技术所需材料，例如量子位和量子传感器等。

图3：美国国家科学基金会对量子研究中心的规模投资

另一方面，美国能源部 （DOE） 在自己的国家实验室建立了跨学科量子研究中心，目前已建立五家，具体研究方向如下：

（1）布鲁克黑文国家实验室领导的量子优势联合设计中心，专注于开发创造容错量子计算机系统所必要的工具；

（2）阿贡国家实验室领导的Q-NEXT，专注于解决如何可靠地控制、存储和远距离传输量子信息的问题；

（3）橡树岭国家实验室领导的量子科学中心，专注于推进量子材料、传感器和计算机程序研究；

（4）劳伦斯伯克利国家实验室领导的量子系统加速器，专注于开发一系列可扩展的量子系统；

（5）费米国家加速器实验室领导的超导量子材料与系统，中心专注于为下一代量子计算机开发超导材料和设备。

总体而言，各中心的合作发展良好，然而也伴生了行政负担：联邦政府对研究型大学的要求过高，阻碍了大学研究的效率和生产力，而这些问题正在影响研究中心的合作，并随着时间推移恶化，同时限制了工业部门的参与。 委员会向国会提出的建议包括，国会应增加国家科学基金会量子研究中心的资金，以支持专业行政人员，并应该支持那些为了实现这些合作而统一形式和协议所做出的工作。

3.量子研发基础设施的搭建

美国量子研发领先地位的关键之一是美国大学和国家实验室坐拥 世界一流的研究设施，其中最重要的三个可能是 量子用户设施、量子铸造厂和量子试验台。

量子用户设施： 如量子计算机，为研究人员、学生和博士后提供先进量子系统的访问。它们将帮助培训量子行业的预备劳动力。例如 美国能源部 （DOE） 橡树岭国家实验室的量子计算用户项目，提供了 最先进的量子计算访问资源。

量子铸造厂： 专门开发和生产量子器件和系统材料的设施或组织，如生产量子比特，是量子计算机的基本组成部分。代表性的有加州大学圣巴巴拉分校的量子铸造工厂，和蒙大拿州立大学和阿肯色大学联合领导的MonArk量子铸造厂——它位于 阿贡国家实验室，占地6000平方英尺，专注开发可扩展的半导体量子系统。

图4：阿贡量子铸造厂的稀释冰箱

为量子位性能创造了理想的环境

量子试验平台： 测试和试验量子计算硬件和软件的平台，包括量子计算机、模仿量子系统行为的模拟工具等，它们将辅助 开发和完善量子算法、软件和应用程序，并测试不同类型量子硬件的性能。

美国的量子研究设施曾世界领先，然而现今不再如此。 根据2021年美国 能源部 （DOE） 发布的报告发现：（1）虽然美国的设施在技术上领先，但数量远远不足使用需求；（2）与美国相比，其他地区对辅助大学和工业用户使用这类设施的人才资源更为广泛。

国家量子倡议咨询委员会科学和基础设施小组委员会在其对研究设施状况的评估中重申了这些发现。而委员会指出，美国民营企业的研究设施超过了其他国家，美国应该利用这一优势。

基于此，《芯片和科学法案》的“科学和技术量子用户扩展计划” （QUEST） 授权预算 1.658亿美元，为期五年，要求能源部 （DOE） 通过透明、择优审查的申请程序，努力提高美国研究人员和实验室对美国量子计算资源（包括民营企业资源）的可访问性。

4.建议

（1）国会应重新授权《国家量子倡议法案》 （NQIA） ，并为其在2024-2028年间在芯片资金之外再至少拨款5.25亿美元/年。

（2）国会应全额资助《芯片与科学法案》授权的“科学和技术量子用户扩展计划” （QUEST） ，以提高研究人员获得美国量子计算资源的可访问性。《芯片与科学法案》授权了美国历史上最大的公共资助研发项目。 对量子研究的资助包含在《芯片与科学法案》的“科学”部分，而“芯片”部分规定了美国的半导体研发。不幸的是，目前的政府拨款没有达到该法案规定的目标，资金投入主要集中在“芯片”部分。 为了正确推动量子创新，国会应该为该法案的“科学”部分提供足够的资金，特别是应该为QUEST计划提供资金。

（3）作为《国家量子倡议法案》 （NQIA） 重新授权的一部分，国会应在能源部 （DOE） 内建立一个量子基础设施计划，以帮助满足研究人员对设备的需求。目前，还没有专门的项目或资金来源来满足量子研究人员和开发者的特定基础设施要求，《国家量子倡议法案》 （NQIA） 迄今为止也没有充分关注到供应链需求和制造能力。这一计划应在五年内获得至少3亿美元的授权 。

▍加强量子劳动力

美国与人才相关的政策包括K-12项目和高等教育阶段的量子研究教育、现有量子劳动力的培训，以及留住外国人才的移民政策。

1.量子教育

（1）小学和中学教育

K-12级别的量子教育才刚刚起步。在美国，中小学教育的责任，包括学校资金、教学证书和课程，都落在各州政府身上，这将确保国家未来拥有熟练的量子劳动力。

现阶段，联邦K-12量子教育计划的重点是向中学生和高中生介绍量子技术和科学的概念。2020年8月，科学和技术政策办公室 （OSTP） 和美国国家科学基金会 （NSF） 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。它创建的资源包括帮助教育工作者将量子研究融入STEM课程，如化学、物理，和计算机科学 （CS） 课程，以及教科书、课堂讲稿和量子相关教育在线课程等有用工具的存储库。

然而，美国分散式教育参差不齐，量子科普的深度和范围也存在差异。国家量子研究合作伙伴认为，将量子科学融合到计算机科学CS课程中，是比较可行的途径之一。 54%的美国高中提供计算机科学课程，50个州和哥伦比亚特区中只有27个州要求所有高中提供计算机科学课程。 此外，美国国家科学基金会 （NSF） 在2018年资助的一项研究发现，计算机科学课程的教学地点存在地域差异，西部（44%）和东北部（43%）的学校比中西部（30%）和南部（24%）的学校更有可能提供计算机科学课程。这些差异可能意味着，一开始只有有限数量的学校能够有效地将量子科学融入计算机科学课程。

美国道路的另一种选择是在STEM科目中采用更集中的、国家政府授权的计算机科学整合方法，如将量子物理学纳入教学大纲，并将这一主题作为期末考试的必修部分。 在美国教育系统的现实中，这种方法可能不现实，但美国政府应该认识到，其他国家正在努力调整其教育系统，为自己未来的大量劳动力做好准备，并考虑如何最好地确保国内教育公平并尽可能有效地发挥作用。

除了正式的课堂教学外，还有一些非正式的学习机会正在开发中，供教师、学生和家庭使用。一些非营利组织、学习计划和课程如雨后春笋般涌现，为高中生提供可访问和包容性的量子教育。

民营企业还通过一系列不同的举措，从课后计划到黑客马拉松，加强了计算机科学在学校的整合。虽然可能没有关于营利性公司为量子教育做出贡献的确切金额的全面数据，但这些举措和计划表明，人们对支持量子教育的兴趣和投资越来越大。

（2）高等教育

与美国高中在量子科学STEM教育较差的现状不同，很多美国大学拥有强大的STEM项目，并越来越多地整合量子课程，吸引了来自世界各地的学生。

在本科阶段，很少有大学提供专门的计算机科学专业。相反，计算机科学相关课程通常作为STEM学士学位的选修课，主要涵盖基本概念或提供量子信息主题的广义介绍。例如，科罗拉多大学博尔德分校提供广义学科的量子工程辅修课程，墨西哥大学提供为期10周的量子技术夏季本科生研究课程。

特定的量子信息相关轨道在物理学、工程学和计算机科学等学科的硕士阶段更为常见。一些学校拥有完整的量子科学硕士课程，包括加州大学伯克利分校、杜克大学和哥伦比亚大学。同样，与量子信息系统相关的轨道通常在现有的博士项目中提供，如物理学或计算机工程，尽管最近哈佛大学推出了一个独立的量子科学与工程博士项目。

理想情况下，学院和大学会调整其学位设置，以确保想要学习量子相关领域的学生能够选修所需的课程，获得学习机会，为在未来的工作中茁壮成长做好准备。但在现实中，大学面临着一些改革挑战。

从财务角度来看，量子研究和教育需要大学投资昂贵的设备和设施，并聘请合格的教师来教授和开发课程，所有这些都可能是巨大的财务负担。对于公立大学来说，预算限制尤其紧张。在过去的10年里，越来越多的州改变了提供资金的方式：从衡量学生入学率转为更实际的大学毕业率。而这种监测方式使“大学更倾向开设大型必修课程确保学生完成率，而劝退教师去开设新兴、前沿的课程”。

有一件事可以帮助大学就如何最好地教育未来的量子劳动力做出更明智的决定，那就是了解学生可以获得的量子工作类型，以及哪些技能和学位与这些新工作最相关。幸运的是，由美国能源部 （DOE） 费米实验室领导的一个研究小组最近发表了一项调查结果，评估了美国量子行业不同职位所需的学位。图4显示了57个组织表示的从事各种工作所需的不同教育水平和资格。

图5：量子行业不同职位所需学位的分布

调查得出了两个重要结论。 首先，量子行业有很多工作机会，从像量子算法开发人员和纠错科学家这样高度特定的工作机会， 到商业、软件和硬件行业这类更广泛的工作类别。 这些更广泛的工作需要一系列的技能，其中大多数与量子无关。 开发新课程和学位项目的教育工作者应考虑到特定量子课程和更通用的STEM课程之间的平衡。 其次，公司正在寻找一系列学位级别来填补新出现的量子职位， 从学士到硕士再到博士，不过对研究生学位的要求更为普遍。 因此，大学比较明智的做法是继续在硕士阶段提供量子科学的特定课程，并在学士阶段将单一课程或计划整合到现有课程中。

（3）劳动力培训

根据2021年2月发布的量子信息科学与技术（QIST）劳动力发展国家战略计划，量子领域在学术界、工业界、国家实验室和政府中的岗位数量超出现有人才数量。 它认为有四项劳动力政策对政府至关重要：了解量子技术产业对劳动力的具体需求，通过公共宣传及教育向公众介绍量子技术、缩小量子技术在高校教育和就业市场之间的差距，降低量子从业者的求职难度，获得职业公平感。

包括国家量子倡议咨询委员会和量子经济发展联盟在内的多个机构已经对第一步行动的紧迫性进行了响应， 但是，尽管人们普遍认为存在技能差距问题，但对于“量子 专业知识”或“量子 劳动力”的定义似乎没有达成共识。如果没有一个共同的定义，就很难真正理解技能错位的普遍性、规模和集中度。如图5所示，在衡量 量子信息科学与技术 员工时，从顶级纠错专家到可以组装硬件的入门级技术人员，可以包括许多类型的专业知识。 量子信息科学与技术 专业知识也有许多不同的领域；想要使用量子计算来模拟化学分子的团队需要在量子硬件、软件和算法方面的专业知识，以及对化学的深入理解。因此，政府的第一步是明确 量子 劳动力的构成。

（4）吸引外国量子人才

吸引和确保外国出生的高技能人才在美国量子创新和竞争力方面发挥着至关重要的作用。 这考虑到拥有量子科学相关背景的博士生中，有一半以上是非美国学生。例如，谷歌的量子团队由出生于德国的哈特穆特·内文 （Hartmut Neven） 领导，IBM的量子计算团队由出生于澳大利亚的杰伊·甘贝塔 （Jay Gambetta） 领导，总部位于加利福尼亚的量子计算公司Rigetti Computing由加拿大出生的查德·里盖蒂 （Chad Rigetti） 创立。鉴于外国出生的量子科学工作人员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，让训练有素的量子科学人才能够在美国进行创新工作，包括美国学院和大学的外国STEM毕业生。

尽管包括英国、中国、加拿大、法国和澳大利亚在内的许多竞争对手国家都采取了灵活的移民政策，以吸引量子科学和其他技术领域的外国人才，但美国的移民制度在过去50年中基本保持不变。 美国过时的签证法，以及对其他国家人才的国际竞争，导致许多国际科学家和工程师将目光投向美国以外的地方寻求教育和就业机会。 美国行业领袖指出，加拿大、中国、法国和英国等拥有强大量子背景的国家，特别擅长吸引从美国培养的人才。 五年后，这一趋势似乎没有太大改善，正如美国政治报纸《国会山报》2023年2月的一篇文章所指出的那样：“在过去十年中，加拿大培养了大量新的移民STEM工作者和大学生，而美国却恰恰相反，在这里工作的移民STEM专业人员越来越少。”

2.建议

（1）国会应全额资助《芯片和科学法案》授权的美国国家科学基金会 （NSF） 量 子教育试点计划，该计划将拨款3200万美元用于支持K-12学生的教育和QIS基本原则的教师培训。

（2）国会应指示美国国家科学基金会 （NSF） 与美国国家标准与技术研究所 （NIST） 合作，对量子劳动力需求、趋势和教育能力进行系统研究。

（3）国会应授权并资助美国能源部 （DOE） 领导的培训计划，该计划将帮助攻读学士、硕士或博士学位的学生实现与美国能源部 （DOE） 国家实验室合作，以获得实际的QIS体验。

▍构建量子生态系统

美国成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） ，其主要重点是促进和发展量子产业。 美国并不是唯一一个创建这样一个机构的国家，有其他三个地区也有类似的联盟：日本量子战略产业革命联盟、加拿大量子产业联盟和欧洲量子产业联盟。 他们都在做类似的重要工作，但量子经济发展联盟 （QED-C） 在两个特定领域对美国至关重要：识别供应链依赖性和支持商业化。

1.识别供应链依赖关系

量子计算机似乎是供应链问题中最突出的量子科学技术。量子经济发展联盟 （QED-C） 在2022年的一份报告中指出，“根据对跨量子计算 （QC） 生态系统中跨量子计算商业实体的调查，人们非常担心未来几年可能会出现严重的跨量子计算相关供应链中断问题。潜在的瓶颈问题广泛分布在整个供应链中，包括从确保获得必要的原材料到稳定供应的训练有素的软件专家。“政府问责局在2021年的一份报告中指出，量子技术供应链是全球性的和专业化的。鉴于供应链的复杂性，如果链中的单个环节不可用，都可能会导致技术开发延迟和其他挫折。”

在一些情况下，美国依赖其盟友。例如，芬兰和英国是低温设备开发和生产的领导者， 这些设备对于创造某些量子计算机运行所需的极冷条件至关重要。然而， 在其他情况下，美国可能会依赖中国。中国主导着稀土离子市场，稀土离子是构建量子技术最通用的材料之一， 因为它们可以在相对较长的时间内保持量子态，并发射和吸收特定波长的光，使其在量子通信、量子传感和量子计算等应用中其重要作用。如今，中国的稀土开采量占世界的63%，稀土加工量占85%，稀土磁体产量占92%。

目前，因为量子科学领域的不断发展，并没有形成稳定的供应链，这意味着漏洞的危险性处在一个不断上升又下降的不确定状态。在未来几年里，稀土离子可能会成为量子位的实际材料，但也可能不会，而量子计算机的另一种实现方式会胜出。这就是政策制定者应该持续跟踪美国量子供应链动态和可能产生影响的外国政府政策举措的原因之一。

2.支持商业化

大规模量子系统，特别是量子计算机的发展，依靠的是当今较小系统的规模化能力。正如美国国家科学院、工程院和医学院2019年的一份报告所指出的那样，从历史上看，技术系统的增长是一个良性循环的结果，在这个良性循环中，更好的技术产生更多的收入，公司将这些收入再投资于研发，这反过来又吸引了新的人才和帮助将技术提升到下一个水平的公司（见图6）。要开始量子科学技术的良性循环，关键是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，而这反过来又取决于一个充满活力的学术、政府、以及商业参与者。

图6：扩展新技术的良性循环

3.建议

（1）国会应指示商务部与量子经济发展联盟 （QED-C） 合作，审查量子供应链并识别风险。

（2）国会应指导并资助最近在美国国家科学基金会 （NSF） 内成立的TIP理事会，为受用途启发的研究建立量子试验台。

▍量子国际合作

量子研究正在地缘政治环境中兴起。美国正努力与利益相关的伙伴进行合作，协调量子技术的发展。它还考虑建立出口管制方案，以保护量子科学。

1.协调量子技术发展

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几项关于量子科学的双边合作协议。 与利益相关的国家合作开发量子科学技术至关重要，因为创新和制造相关的必要材料所需的费用、复杂性和规模意味着没有任何一个国家能够独善其身。面对来自中国的竞争和挑战，盟国合作至关重要。

2.出口管制

出口管制是管理向各种目的地、用途和用户出口实物、软件、技术（有时是服务）以实现某些国家安全和外交政策（包括人权）目标的规则。在美国，商务部工业和安全局 （BIS） 根据《出口管理条例》对敏感技术的出口进行监管，包括与量子技术有关的技术。

商务部工业和安全局正在制定新的出口管制措施，以阻止中国量子计算领域的发展。2021年，该机构提议增加一个新的出口控制分类号 （ECCN） ， 以控制量子计算机和相关电子元器件和组件的出口，包括指定的量子比特设备和电路以及量子控制组件和测量设备。 该规则还建议通过更新出口控制分类号 （ECCN） 的“加密商品、软件和技术”和出口控制分类号 （ECCN） 的“软件”来控制这些项目的开发和生产的某些相关技术和软件。

3.建议

（1）国会应指示美国能源部 （DOE） 制定并领导一项计划，邀请盟国共同投资量子登月计划。

（2）国会应指示美国国家标准与技术研究所 （NIST） 优先促进美国参与，特别是美国行业利益相关者参与《国家量子倡议法案》 （NQIA） 重新授权的国际标准论坛。

▍结论

包括中国在内的许多国家都在积极追求量子技术的进步。英国、澳大利亚和欧盟等几个国家和地区已经启动了广泛的研究计划和项目，旨在巩固其在量子领域的地位，其中一些国家和地区的规模和范围已经超过了美国，这使得美国在量子方面的领导地位远未得到保证。

量子技术不仅对国家安全很重要，还有可能对经济和社会产生变革性影响。就美国的经济和社会福祉而言，处于这一技术前沿的最前沿对美国的战略至关重要。美国政府应立即采取积极措施，保持其领导地位。