Waarom de VS een 'kwantum Oppenheimer' nodig heeft om China te verslaan in de kwantumrace

Waarom de VS een 'kwantum Oppenheimer' nodig heeft om China te verslaan in de kwantumrace

Tijdstempel: 8 mei 2023 6:00 uur

Duncan Graaf, chief technology officer bij qubitekk, zegt dat de VS de kwantumrace alleen kunnen winnen als ze een gecoördineerd kwantumprogramma hebben onder samenhangend leiderschap

Vlaggen van China en de VS op microprocessors
De race is gaande Het potentieel van kwantumtechnologieën heeft ertoe geleid dat veel landen, waaronder de VS en China, hun eigen nationale kwantumprogramma's hebben opgezet. (Met dank aan: iStock/blackdovfx)

Kwantummechanica heeft het potentieel om de wereld te veranderen buiten onze wildste verbeelding. Terwijl er veel uitdagingen zijn die eerst overwonnen moeten worden, kwantumtechnologie Beloften om een ​​revolutie teweeg te brengen in veel gebieden van het leven, van computers en financiën tot cryptografie en medicijnontdekking. Dergelijke eindeloze mogelijkheden hebben ertoe geleid dat veel landen hun eigen mogelijkheden hebben gecreëerd nationale kwantumprogramma's om vooruitgang te boeken, die wordt ondersteund door miljarden dollars, ponden, euro's of yuan.

Het land dat tot nu toe de race leidt om de kracht van kwantumtechnologieën te benutten, is China. Het land heeft een kwantumbeveiligd glasvezelnetwerk van 2000 km aangelegd en demonstreerde in 2017 kwantumbeveiligde satellietcommunicatie. In 2019 en 2020 China's demonstratie van "kwantumvoordeel” - een kritieke drempel op weg naar krachtige kwantumcomputers - onthulde verder een verfijning en versnelling van zijn kwantuminformatieprogramma.

In zowel politieke als wetenschappelijke kringen wijzen sommigen China's recente vooruitgang snel af, bekijken Chinese publicaties met scepsis en beweren dat het land een "papieren tijger" is. Maar een nader onderzoek van gepubliceerd Chinees kwantumonderzoek onthult een niveau van detail, resultaten en samenwerking met westerse onderzoekers die suggereren dat de tijger tanden heeft. De Chinezen geven inderdaad prioriteit aan en domineren de kwantumruimte, met de intentie om deze technologierace te winnen.

De snelle vooruitgang van China is voor de VS nog zorgelijker als men bedenkt dat Amerika rond de eeuwwisseling ver voor was op China op het gebied van kwantumtechnologie. Deze omkering wordt toegeschreven aan verminderde Amerikaanse federale financiering voor kwantumonderzoek tussen 2005 en 2015.

Deze uitleg vereenvoudigt echter de mislukkingen van de VS en geeft China evenmin de eer voor zijn eigen vorderingen. Het is onvermijdelijk dat de situatie in de VS wordt betreurd, met bezorgdheid variërend van China dat een kwantumcomputer ontwikkelt die onze veiligste codes kan kraken, tot geavanceerde Chinese militaire en industriële capaciteiten die de onze enorm overtreffen.

Gezien China's gestage inzet en vooruitgang, moet het gesprek in de VS nu gaan over het stellen van serieuze vragen over ons niveau van inzet en over de noodzaak om een ​​tijdlijn te creëren voor het versnellen van het Amerikaanse kwantumprogramma. Dergelijke discussies moeten gericht zijn op defensie op korte termijn, deelname van de industrie en beleidsacties die rechtstreeks ingaan op de vraag: hoe kunnen de VS China inhalen - en inhalen - in de kwantumrace?

Een "kwantumtsaar"

In 2019 gaven de VS toestemming voor $ 1.3 miljard aan federale financiering gedurende vijf jaar voor kwantumonderzoek en -ontwikkeling. Het grootste deel van het geld gaat naar de nationale laboratoria en academische universiteiten voor onderzoek, het ontwikkelen van nieuwe kwantumcurricula, het bouwen van kwantumtestbeds en het uitbreiden van het kwantumpersoneel. Van deze nationale laboratoria en universiteiten wordt op hun beurt verwacht dat ze industriële partners betrekken bij het bevorderen van een Amerikaanse kwantumindustrie met toegang tot particuliere investeringen die tot commercialisering leiden.

Helaas is deze strategie gebaseerd op drie gebrekkige aannames – allemaal gerelateerd aan timing. Ten eerste hebben we een 'laat 100 bloemen bloeien'-strategie die ervan uitgaat dat de VS voldoende tijd heeft om onvruchtbare paden te verkennen, te ontwikkelen en vervolgens af te snijden van een diverse overvloed aan kwantumoplossingen.

Ten tweede gaat het ervan uit dat de nationale laboratoria en onafhankelijke academische organisaties van het land de kwantumtechnologie zullen ontwikkelen in een tempo dat de Chinese concurrenten evenaart of zelfs overtreft. En ten derde gaat het uit van miljarden dollars aan particuliere investeringen om onderzoek om te zetten in volwassen, marktgestuurde oplossingen.

Het Chinese kwantumprogramma daarentegen wordt geleid door een kwantumfysicus Jian Wei Pan en wordt beheerd door een nauw gecoördineerde groep van academische, overheids- en industriële partners. Het programma beschikt over voldoende middelen, met een jaarlijks budget dat naar schatting in de miljarden dollars loopt, en heeft de volledige steun van de Chinese Communistische Partij. De kwantumrace van de VS met China zou in sommige opzichten kunnen worden vergeleken met de race om nucleaire technologie in de jaren veertig te ontwikkelen.

Er zijn maar weinig inspanningen in vredestijd in het verleden die overeenkomen met de wetenschappelijke omvang en urgentie die gepaard gaan met het inluiden van het kwantumtijdperk

Om de Duitsers te pakken te krijgen, creëerden de VS het Manhattan-project, waar regerings-, academische en industriële partners grotendeels onder leiding van Robert Oppenheimer werkten. Hij leidde met succes de elementaire nucleaire R&D en technische vooruitgang die nodig was om de Duitsers te overtreffen.

Oppenheimer begreep de urgentie van de situatie, samen met de complexiteit van de technologie en de uitdagingen van het effectief coördineren van gespecialiseerde technische en wetenschappelijke arbeidskrachten. Hij was de dirigent van een groot wetenschappelijk orkest, met de beste wetenschappers en ingenieurs van het land als spelers.

Waar is onze Oppenheimer voor de concurrentie van vandaag om kwantumtechnologie te ontwikkelen? Wanneer begint het kwantumproject? Amerikaanse instellingen en onderzoekers behoren tot de beste ter wereld, maar zonder een gecoördineerd programma onder coherent leiderschap blijven we in de schaduw van China.

Als de VS erin zal slagen China te overtreffen, moet het een gestroomlijnde, convergerende strategie implementeren, gecoördineerd rond een technisch onderlegde en programmatisch bekwame "kwantumtsaar". Deze persoon moet de vrijheid hebben om aanzienlijke, duurzame R&D-financiering te sturen en te verdelen onder openbare en particuliere organisaties in het hele land.

Zij moeten op een zorgvuldige maar snelle manier toezien op de selectie van de verschillende technische benaderingen en oplossingen. De tsaar moet een strategie formuleren en uitvoeren die prioriteit geeft aan de snelle inzet van kwantumoplossingen op korte termijn en volledig gebruikmaakt van de unieke, technologisch geavanceerde industriële partners van het land.

Dit is geen geringe prestatie en er zijn maar weinig inspanningen in vredestijd in het verleden die overeenkomen met de wetenschappelijke omvang en urgentie die gepaard gaan met het inluiden van het kwantumtijdperk. Maar als de VS een serieuze uitdaging willen aangaan voor de snel versnellende Chinese kwantuminspanning, moeten ze een nieuwe strategie implementeren die de laatste kans van het land en de behoefte aan een meer technisch en organisatorisch gerichte strategie erkent.

De VS moeten hun nationale conversatie zo snel mogelijk laten evolueren van een technocentrische discussie naar een discussie die gericht is op de timing en de organisatorische uitdagingen van het versnellen van de voortgang van het kwantumprogramma van de natie.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld