Hvorfor USA har brug for en 'kvante Oppenheimer' for at slå Kina i kvantekapløbet

Hvorfor USA har brug for en 'kvante Oppenheimer' for at slå Kina i kvantekapløbet

Tidsstempel: 8. maj 2023 kl. 6

Duncan Earl, teknologichef kl Qubitekk, siger, at USA kun kan vinde kvanteløbet, hvis det har et koordineret kvanteprogram under sammenhængende ledelse

Kina og amerikanske flag på mikroprocessorer
Løbet er på Potentialet ved kvanteteknologier har fået mange lande, herunder USA og Kina, til at skabe deres egne nationale kvanteprogrammer. (Med høflighed: iStock/blackdovfx)

Kvantemekanik har potentialet til at ændre verden ud over vores vildeste fantasi. Mens der er mange udfordringer, der først skal overvindes, er kvanteteknologi Promises at revolutionere mange områder af livet fra computer og finans til kryptografi og opdagelse af lægemidler. Sådanne uendelige muligheder har fået mange lande til at skabe deres egne nationale kvanteprogrammer at fremme fremskridt, som understøttes af milliarder af dollars, pund, euro eller yuan.

Den nation, der hidtil leder kapløbet om at udnytte kraften i kvanteteknologier, er Kina. Landet har konstrueret et 2000 km kvantesikret fiberoptisk netværk og demonstrerede i 2017 kvantesikret satellitkommunikation. I 2019 og 2020 Kinas demonstration af "kvantefordel” – en kritisk tærskel på vejen til kraftige kvantecomputere – afslørede yderligere en sofistikering og acceleration af dets kvanteinformationsprogram.

I både politiske og videnskabelige kredse er nogle hurtige til at afvise Kinas seneste fremskridt, idet de ser på kinesiske publikationer med skepsis og hævder, at landet er en "papirtiger". Alligevel afslører en nærmere undersøgelse af offentliggjort kinesisk kvanteforskning et detaljeringsniveau, resultater og samarbejde med vestlige forskere, der tyder på, at tigeren har tænder. Kineserne prioriterer og dominerer virkelig kvanterummet, med alle intentioner om at vinde dette teknologikapløb.

Kinas hurtige fremskridt er endnu mere bekymrende for USA, når man tænker på, at USA var langt foran Kina inden for kvanteteknologi ved århundredeskiftet. Denne vending er blevet tilskrevet reduceret amerikansk føderal finansiering til kvanteforskning mellem 2005 og 2015.

Denne forklaring forsimpler imidlertid USA's fiaskoer og giver heller ikke Kina æren for dets egne fremskridt. Uundgåeligt beklages situationen i USA, med bekymringer lige fra Kina, der udvikler en kvantecomputer, der er i stand til at knække vores mest sikre koder, til avancerede kinesiske militære og industrielle kapaciteter, der langt overgår vores egen.

I betragtning af Kinas konstante engagement og fremskridt, må samtalen i USA nu vende sig til at stille seriøse spørgsmål om vores niveau af engagement og om behovet for at skabe en tidslinje for at accelerere det amerikanske kvanteprogram. Sådanne diskussioner skal fokusere på forsvar på kort sigt, industrideltagelse og politiske handlinger, der direkte adresserer spørgsmålet: hvordan kan USA fange – og overhale – Kina i kvantekapløbet?

En "kvantezar"

I 2019 godkendte USA 1.3 mia. USD i føderal finansiering over fem år til kvanteforskning og -udvikling. Størstedelen af ​​pengene går til de nationale laboratorier og akademiske universiteter til forskning, udvikling af nye kvantepensum, opbygning af kvantetestbed og vækst af kvantearbejdsstyrken. Disse nationale laboratorier og universiteter forventes til gengæld at engagere industripartnere for at fremme en amerikansk kvanteindustri med adgang til private investeringer, der fører til kommercialisering.

Desværre er denne strategi baseret på tre fejlagtige antagelser - alle relateret til timing. For det første har vi en "lad 100 blomster blomstre"-strategi, der antager, at USA har rigelig tid til at udforske, modne og derefter trimme ufrugtbare stier fra et mangfoldigt overflødighedshorn af kvanteløsninger.

For det andet antager den, at landets nationale laboratorier og uafhængige akademiske organisationer vil fremme kvanteteknologi i et tempo, der matcher eller endda overgår kinesiske konkurrenter. Og for det tredje forudsætter det milliarder af dollars i private investeringer for at omstille forskning til modne, markedsdrevne løsninger.

Det kinesiske kvanteprogram ledes derimod af en kvantefysiker Jian-Wei Pan og ledes af en tæt koordineret gruppe af akademiske, regerings- og industripartnere. Programmet har gode ressourcer, med et årligt budget anslået til at være i milliarder af dollars, og har fuld støtte fra det kinesiske kommunistparti. USA's kvantekapløb med Kina kunne på nogle måder sammenlignes med kapløbet om at udvikle nuklear teknologi i 1940'erne.

Der er få tidligere fredstidsindsatser, der matcher den videnskabelige størrelse og hastende karakter, der er forbundet med at indlede kvanteæraen

For at fange tyskerne oprettede USA Manhattan-projektet, hvor regerings-, akademiske og industripartnere arbejdede stort set under ledelse af Robert Oppenheimer. Han guidede med succes de grundlæggende nukleare F&U og tekniske fremskridt, der krævedes for at overgå tyskerne.

Oppenheimer forstod det hastende med situationen sammen med teknologiens forviklinger og udfordringerne ved effektivt at koordinere specialiserede ingeniører og videnskabelige arbejdsstyrker. Han var dirigent for et stort videnskabeligt orkester, hvor landets bedste videnskabsmænd og ingeniører fungerede som spillere.

Hvor er vores Oppenheimer til dagens konkurrence om at udvikle kvanteteknologi? Hvornår begynder kvanteprojektet? Amerikanske institutioner og forskere er blandt de bedste i verden, men uden et koordineret program under sammenhængende ledelse vil vi forblive i Kinas skygge.

Hvis USA skal have succes med at overgå Kina, skal det implementere en strømlinet, konvergent strategi koordineret omkring en teknisk vidende og programmatisk dygtig "kvantezar". Denne person skal have beføjelsen til at lede og distribuere betydelige, vedvarende F&U-midler til offentlige og private organisationer over hele landet.

De skal overvåge udvælgelsen af ​​de forskellige tekniske tilgange og løsninger på en omhyggelig, men hurtig måde. Zaren skal formulere og eksekvere en strategi, der prioriterer hurtig implementering af kortsigtede kvanteløsninger og gør fuld brug af nationens unikke, teknologisk avancerede industripartnere.

Dette er ikke en lille bedrift, og der er få tidligere fredstidsindsatser, der matcher den videnskabelige størrelse og det hastende, der er forbundet med at indlede kvanteæraen. Men hvis USA skal udfordre den hastigt accelererende kinesiske kvanteindsats, skal USA implementere en ny strategi, der anerkender landets lukkede muligheder og behovet for en mere teknisk og organisatorisk fokuseret strategi.

USA skal omgående fremme sin nationale samtale fra en teknocentreret diskussion til en, der fokuserer på timingen og organisatoriske udfordringer med at accelerere fremskridt for nationens kvanteprogram.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden