CFDI-为什么美国需要支持近期量子计算应用（英文）-2021.5-36页_1mb

报告摘要

总结：美国需要支持近期量子计算应用

核心内容

量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算方式，能够处理传统计算机无法解决的复杂问题。由于其独特的“叠加”和“纠缠”特性，量子计算机在优化问题、人工智能模型训练等方面展现出巨大潜力。然而，当前量子计算技术仍处于早期阶段，系统规模较小且存在噪声问题，限制了其性能。因此，美国需要在近期内推动量子计算的应用发展，以保持其在该领域的领先地位，并增强国家经济竞争力和安全。

主要观点

量子计算的重要性：量子计算能够突破传统计算的限制，为多个行业带来变革，包括医疗、制造、交通和环境等。
技术挑战与发展方向：量子计算的发展依赖于增加量子比特数量和减少噪声。尽管大规模量子计算机仍需时间，但近期内的量子计算系统已经能够解决一些实际问题。
应用前景：近期内的量子计算应用，尤其是量子退火技术，已在解决优化问题方面取得进展，例如旅行商问题（TSP），并有实际商业应用案例。
政府角色：美国政府应通过资金支持、建立量子研究任务小组、推动量子计算云平台发展等方式，促进量子计算技术的商业化和普及化。
国家安全与经济利益：量子计算的发展不仅关乎科技竞争，也涉及国家安全，尤其是未来量子计算机可能破解现代加密技术，因此需提前布局后量子密码学（PQC）。

关键信息

量子计算原理：量子计算利用量子比特（qubits）的叠加和纠缠特性，使系统能够处理比传统计算机更大的问题空间。
当前技术状态：量子计算仍处于“NISQ”（噪声中等规模量子）时代，系统规模有限，噪声影响大，因此需要更多的研究和投资来提升其稳定性和实用性。
近期内的应用：量子退火技术已被用于解决优化问题，如旅行商问题，具有实际应用价值。
量子计算云平台：由于量子计算机成本高且难以维护，大多数用户将通过云平台访问。已有如IBM、Amazon Braket、Microsoft Azure Quantum等服务提供量子计算的远程访问。
政策建议：
- 资金支持：国会应提供5亿美元用于支持具有近期应用潜力的学术研究项目。
- 建立量子研究任务小组：设立国家量子研究任务小组，以促进学术界与产业界的合作，并确保公平地向历史黑人学院和大学（HBCUs）及少数族裔服务机构（MSIs）提供资源。
- 推动量子计算云发展：政府应推动建立国家量子计算研究云平台，以加速量子技术的普及和应用。
- 政府应用探索：政府机构应探索量子计算在解决自身问题中的应用，例如交通部门可利用量子计算优化城市交通系统。
- 后量子密码学（PQC）：为应对未来量子计算机可能破解现代加密技术的风险，应激励企业和政府采用PQC，并设立专项基金支持过渡。