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焦點新聞
美國量子資訊科學之國家策略概觀
蔡玉琬 .2018/11/19
摘要 美國總統行政辦公室(Executive Office of the President)的國家科技委員會(National Science and Technology Council, NSTC)下屬的技術委員會(Committee on Technology)於今年9月公布量子資訊科學的國家策略概觀(National Strategic Overview for Quantum Information Science)。
在報告發布的同月,美國國家科學基金會(National Science Foundation, NSF)亦公布將提供3100萬美元資金予美國基礎量子研究,主要分為兩類:Research Advanced by Interdisciplinary Science and Engineering (RAISE)-Transformational Advances in Quantum Systems (TAQS)與RAISE-Engineering Quantum Integrated Platforms for Quantum Communication (EQuIP)。前者有25個計畫獲得資助,總計金額為2500萬美元,目的為以創新方式、實驗性示範與顛覆性進展,來協助引領系統與量子感應、通訊、運算與模擬的概念驗證(POC)。後者有8個計畫獲得資助,金額為600萬美元,目的為推動量子資訊科學與科技的前沿(frontier)工程,並探索除了個別設備與元件,能實現擴展量子通訊系統的整合方式。本文將摘錄美國量子資訊科學(Quantum information science, QIS)的關鍵政策機會、未來措施與發展挑戰。

一、前言
量子資訊科學(QIS)是利用量子理論產生新的知識與技術,報告認為透過發展QIS,將能改善美國產業基礎、創造工作機會、提供經濟效益與確保國家安全。美國政府的長期投資與近期產業參與,將使此科學領域成為美國研究與產業發展的新支柱。美國將在國家科學技術委員會量子資訊科學小組委員會(SCQIS)的協調和組織下,為量子資訊研究與開發創造可視的與系統的國家方法。

二、關鍵政策機會
(一)選定以科學為優先的QIS的方式
1.強化聯邦資助的核心研究計畫,運用分散式的資助各研究中心和財團,以支持QIS的長期研究。
2.促進跨領域學科之量子研究人員間的對話與合作,並廣納科學社群參與以強調與分享相關科學進展。
3.建立與利用正式協調機構,如SCQIS。
4.將重心放在重大挑戰(Grand Challenge)以驅動QIS的科學與技術發展,並鼓勵聯邦機構確認、調整優先順序並協調聯邦投資以因應挑戰。

(二)建立未來的智慧量子人才
1.鼓勵產業與學術界為勞動力之多元化發展,建立融合與跨產業的方式。
2.使用與強化既有計畫以擴張具QIS能力的就業市場規模。
3.鼓勵學術界考慮將量子科學作為主要研究,以滿足新學院教授、大型計畫與政策方案的各層級需求。
4.將量子科學納入教育階段初期,包含小學、中學與高中。
5.透過與相關機構及產業合作,或是與非傳統型管道,如藝術、媒體與文化機構合作,以接觸更多大眾並強調其投資。
6.鼓勵QIS社群追蹤與估計量子產業的未來人才需求。

(三)深化量子產業的參與
1.結合產業、學術界與政府參與以加速美國量子聯盟成立,建立需求共識、協調競爭前(pre-competitive research)的研究合作、注重智慧財產權與簡化技術轉移機制。
2.提高對聯合量子科技研究中心的投資,透過與產業、學界與政府結盟以加速競爭前的量子研究與發展。
3.透過培育潛在最終使用者的應用空間,以保有量子革命對機構之任務的影響,及讓聯邦政府採用量子技術的認知。

(四)提供關鍵基礎設施
1透過與政府專家、利害關係人、產業與學術界合作,確認必要的基礎設施與鼓勵必要的投資。
2.鼓勵機構為QIS研究社群提供既有與未來設施的管道與技術支援。
3.透過培訓與參與以利最終使用者建立測試設施,並讓聯邦機構與利害關係人能探索相關應用。
4.利用既有基礎設施,包括可重新利用與擴展的製造設施,以快速推動量子技術進展。

(五)維護國家安全與經濟發展
1.持續了解QIS技術藍圖中不斷變遷的科學與安全性影響
2.促進所有政府機構即時了解QIS技術之防禦和安全性影響之機制,如SCQIS,並平衡經濟成長之效益與技術創新帶來的新風險。
3.確保既有分類與出口管制機制之一致性,以為美國大學和產業提供充足的QIS相關研究,並鼓勵經濟發展、保護智慧財產權與捍衛國家安全相關的應用。

(六)強化國際合作
1.尋求具相同觀點的產業與政府合作。
2.確保美國能持續吸引並留住最佳人才,且具備接觸國際技術、研究設施與QIS專家的管道。
3.辨識美國在全球的優勢與重點領域,以及缺口與機會,並從技術與政策角度了解國際QIS的演進。

三、未來措施
政府機構一直被要求建立具體的執行方案,並以政策工具支持政策目標,具體如下:
(一) 參與SCQIS的機構將在2019年第一季提出與政策目標相關的綱要書規劃,或是依SCQIS與美國資料中心(Office of Science and Technology Policy, OSTP)的規劃而定。
(二) 各機關應依法與OSTP及SCQIS協商,召集利害關係人共同釐清特定子領域的重大挑戰,如量子精確感測器、量子感測技術、量子網絡應用、抗量子(quantum-resistant)加密標準與系統的開發、雜訊中等規模量子(Noisy Intermediate Scale Quantum, NISQ)的量子設備的商業可能性、QIS的基礎新科學與高保真(high-fidelity)量子位元(qubit)操作極限。
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資料來源 National Strategic Overview for Quantum Information Science