在当今快速变化的科技领域，量子技术以其革命性的潜力成为了一个关键焦点。这一技术预示着计算能力的巨大飞跃，也是对传统信息安全观念的全面挑战。在量子计算、通信和加密领域，其发展可能彻底改变我们处理数据和保护信息的方式。在全球范围内，量子技术的进步对于国家安全和防务策略具有深远的影响。
利用各种量子技术系统的量子战争示意图
对于全球防务而言，量子技术的应用前景令人瞩目。从高级密码破解到超越传统雷达系统的量子探测，量子技术的发展预计将重塑军事战略和能力。国家间的技术竞赛已经展开，量子科技的掌握程度将在很大程度上决定了一个国家在未来的全球安全格局中的地位。
美国国防部，作为一个在全球科技创新中扮演关键角色的组织，对量子技术的发展寄予了厚望。国防部的目标不仅仅是跟上量子技术的发展步伐，更是在某些关键领域中实现领导地位。这包括但不限于加强量子计算能力、发展先进的量子通信网络，以及利用量子传感技术提高情报搜集和监测能力。国防部旨在通过这些技术提高其整体作战效率和战略优势，确保在不断演化的国际安全环境中保持领先。
然而，实现这些宏伟目标并非易事。美国国防部在量子技术领域面临的挑战、所采取的策略，以及这些努力在国际舞台上的影响，是值得深入探讨的关键议题。
美国国防部在量子技术领域的努力和资源投入显著，特别是在量子计算、通信和传感器等关键领域。通过国防高级研究计划局（DARPA）和其他军事机构支持的众多研究项目，他们正致力于将量子技术的理论优势转化为具体的实际应用。
虽然美国在量子计算硬件开发、算法创新以及量子加密技术方面取得了进步，但要将这些技术转化为可靠的军事应用，仍面临不少挑战。目前，国防部在量子技术的实际应用与其长期目标之间还存在差距，特别是在将量子技术全面融入通信、情报收集等关键领域。
在2023年12月的量子经济发展联盟（QEDC）年会上，国防部量子研究主管约翰·伯克（John Burke）提到了国防部在量子信息科学方面的努力。他在认可其潜力的同时，对准备程度和成本持谨慎态度。对国防部而言，尽管进行了越来越多的行业推广活动，但量子计算的高成本、早期发展阶段以及国防部的具体任务，正影响着对量子计算的投资。
据国防部的评估，与早先声称的5年内缩小量子计算硬件与实际应用需求之间的差距相比，进展并不如预期。伯克的评论清楚表明，虽然国防部密切关注量子计算的进展，但对积极投入持谨慎态度。
量子计算：当前量子计算硬件能力与应用空间之间的差距。业内声称在5年内缩小量子退火，但这不是国防部目前的评估结果
美国国防部量子计算战略优先级（大纲）
2023年12月，美国政府问责局发布的报告指出，量子技术领域的领先者能在密码学、传感和计算等领域获得竞争优势。报告还统计了四个国防实验室在量子计算项目上的工作情况，到2023财年，预计有255名工作人员参与，其中大多数是博士级物理学家和工程师。
国防实验室采用领先实践进行战略性劳动力规划
2023财年选定国防实验室全职或兼职从事量子项目的人员数量
“正如许多人注意到的那样，我们现在的策略是观望。我们似乎需要更积极主动地了解量子计算的影响。”伯克指出，目前国防部的策略是观望，并寻求更多地利用行业资源。
“当前正在进行的项目包括DARPA的ONISQ（使用含噪声的中等规模量子设备进行优化）、US2QC（用于实用规模量子计算的未充分探索系统）以及量子基准测试。此外，我们还计划通过微电子公共中心（原型设计）加强对行业基础的推动。”
伯克表示，对于国会拨款的未来决定，国防部正期待利用这些资金来开展更多活动，部分重点将放在行业合作上。
在国际舞台上，尤其是与中国和俄罗斯的比较中，美国在某些量子技术领域的领先地位正面临挑战。
中国在量子通信和加密方面取得显著进展，特别是通过发射全球首个量子通信卫星和建立跨省量子通信网络，展示了其在实际应用量子信息技术方面的决心和能力。
虽然俄罗斯在量子技术总体进展上可能不如中美，但它也在积极投资量子研究，特别是在量子材料和传感器领域。俄罗斯的研究机构和公司通过与国际合作伙伴合作，正努力弥补在其他量子技术领域的差距。
在2023年7月9日至14日于莫斯科举行的“未来技术论坛”上，向普京总统展示了一台基于16量子比特的量子计算机
总体来看，尽管美国在量子科学的某些关键领域保持领先，但相比中国和俄罗斯的快速进展，其在量子技术领域的整体优势正逐渐减弱。这一竞争格局强调了美国国防部需持续努力发展量子技术，以维持其全球战略优势。
然而，美国国防部在推进量子技术发展的道路上面临多重挑战：资金限制、人才短缺、技术瓶颈和复杂的国内外政治经济环境均是发展障碍。
量子技术虽被视为具有革命性潜力，但其研发和实施所需资金巨大。多数量子相关计划涉及整个政府，要求政府资助的科研部门进行投资，因此，这成为了一个自上而下的优先事项。
美国政府开发技术的主要部门包括国防部、能源部、国家科学基金会（主要资助大学研究）、NIST（主要是政府实验室）等，因此准确计算总投资额非常困难。
2023年11月29日，美国众议院科学、空间和技术委员会通过了《国家量子计划重新授权法案》，随后在12月1日发布了《国家量子计划法案》（NQI Act）要求的第四份年度报告。报告显示，2024财年量子信息科学的预算高达9.68亿美元。
按《国家量子计划法案》（NQI）计划构成领域（PCA）分列的2019财年至2022财年实际支出、2023财年估计支出和2024财年预算申请的美国量子信息科学研发预算分配
在一定程度上，这些预算数字可能仅是基准值，因为它们不包括对基础设施的大量投资，也未涵盖物理学、计算机科学和工程学等其他相关研究领域的开支。当与其他国家的投资进行比较时，这些差异类似于“苹果与橘子”的比较。因此，当听闻某个国家宣布对量子技术投入10亿欧元或150亿美元的资金时，需谨慎对待这些数字。这些投资可能是多年累计的，并可能包括对有形基础设施的大量投资。
美国国防部虽然在量子研究方面投入了可观资金，但面临的预算压力不断增加，尤其是在当前的经济环境下，这可能限制了量子项目的扩展和深入研究。
同时，量子技术的发展本身遭遇了一系列技术挑战和瓶颈。例如，量子计算机的实用化受到量子比特稳定性和误差率的限制。此外，量子传感器和量子通信技术的部署也面临环境干扰、维护成本和技术可靠性等问题，这些技术难题需要持续的研究和创新来解决。
不同量子模式及其在量子计算中的相对优势和挑战摘要
量子技术的制造过程与软件编写（依赖技术熟练的人才和强大的计算能力）截然不同，更类似于制造半导体芯片。制造商不仅需要具备技术能力的工人和功能强大的计算机，如同软件行业，还需要专用工具和大型设施。
这些设施的建造成本可能高达数十亿美元，构成了一个巨大的进入门槛。
为应对这些挑战，国防部认为，需要一个综合性的策略和长远的视野来确保美国在这一关键领域保持领先地位和全球战略优势。为此，国防部针对量子技术发展制定了一系列新策略。
2024年3月公布的《国防部拨款法案》中，至少18次提及量子技术，涉及的资金约为20万美元。
“本法案为国防部2024财年拨款，本分部所附的联合解释性声明已获批准，并表明了国会的意图。”
据内部消息源透露，美国国防部计划公布一项立法，以加速量子技术的实际应用。
消息人士指出，众议员埃莉斯·斯特凡尼克（Elise Stefanik，共和党-纽约州）正准备公布名为《国防量子加速法案》（Defense Quantum Acceleration Act）的提案。
据悉，这项拟议的立法将包含一项全面战略，以整合量子信息技术到国防部的各项行动中。
此外，最近的一篇评论文章中，IRIS独立研究中心的国家安全分析师丽贝卡·格兰特（Rebecca Grant）博士指出，有必要在国防部内精简量子研究的领导层。格兰特强调了精简管理和优化资源配置的重要性，以推动量子技术在国防部的发展。
2022年10月，美国总统乔·拜登（Joe Biden）在参观位于纽约的IBM设施时，正在查看一台量子计算机
格兰特指出，量子计算与传统计算在本质上不同，尤其在处理速度和加密能力方面具有独特的优势，能够彻底改变战场通信、安全数据传输和先进探测技术。五角大楼已经认识到这些潜力，并一直是量子信息科学的坚定支持者，支持了一个由14个量子中心组成的网络，应对从安全通信到超级计算的多项挑战。
然而，格兰特认为，目前的众多倡议缺乏集中的协调，为解决这一问题，她支持众议员伊利斯·斯特凡尼克（Elise Stefanik，共和党-纽约州）提出的立法，即为国防部指定一位首席量子顾问。她认为，这一职位将统合各军种的量子研究工作，确保取得更有凝聚力的成果，并确保其战略目标与国家安全目标保持一致。
格兰特进一步说明：“目前，美国各军种都有才华横溢的专家，他们对量子技术持积极态度。例如，空军研究实验室信息局副局长迈克尔·海杜克（Michael Hayduk）博士提到，空军已在安全加密、低拦截概率通信和长时间飞行的惯性导航上应用量子技术；陆军首席量子科学家弗雷德里克·法特米（Frederik Fatemi）博士表示，陆军预计在传感和计时方面将取得进展，随后可能带来颠覆性技术的惊喜。”
2023年夏，陆军部长克里斯蒂娜·沃尔穆斯（Christine Wormuth）指定陆军研究办公室为国防部正式的量子信息科学研究中心。陆军中心加入了海军研究实验室、空军研究实验室和物理科学实验室（LPS）量子合作实验室（LQC）之间的合作网络。美国国家科学基金会也设立了五个中心，能源部也有五个类似中心。
私营部门也在积极进取。空军已与IBM在量子能力方面合作多年。亚马逊的Braket提供量子工作的云服务。位于科罗拉多州博尔德的Infleqtion公司近期宣布了一个五年计划，旨在开发容错量子计算机。显然，私营部门认为量子技术已达到需要多元化长期规划的阶段。
Infleqtion量子计算路线图
一些国家及盟国，如英国、日本和澳大利亚，也在进行国家安全量子研究。北约于2024年1月17日首次发布量子战略，由32个成员国组成的联盟制定了成为“量子就绪联盟”的战略目标，并建立了一个安全、有弹性的量子生态系统，以确保获得战略优势。
格兰特指出，这些投资无疑是积极的，但五角大楼也应当做好准备。
另一方面，政府在某个阶段需要退出，让私营部门接手；否则整个行业可能永远无法实现真正的应用。
这些全面且综合的措施预期将使美国在量子科技领域不仅维持其全球领导地位，甚至有可能进一步加强这一优势。
通过有力的投资、创新策略和国际合作，美国致力于在量子技术的竞赛中保持领先，为未来的技术挑战和安全需求做好准备。
尽管美国国防部在量子技术发展方面取得了显著成就，但仍面临多重挑战，如资金限制、人才短缺、技术瓶颈以及复杂的国内外政治经济环境。这些因素共同构成了阻碍进一步发展的障碍。在这种背景下，国防部推出的新策略显得格外关键。
量子技术的进展不仅将改变未来战争的形态，提高情报收集和数据处理的效率，还将对全球安全格局产生深远影响。特别是在量子通信和加密领域的突破，将极大提高通信的安全性，从而改变信息战的格局。
2024年1月，乔·拜登提名的首位国防部科技助理部长艾普丽尔·埃里克森（Aprille Ericsson）强调了她对高超音速武器和量子技术发展的关注。
“美国正处于量子和高超音速/反超音速技术的关键十年。这些技术的商业应用不明显，因此国防部必须监督它们的迅速发展和在国防中的应用。” 埃里克森指出：“我们的目标是在与对等竞争者的竞争中取胜，通过在计算和传感领域的应用来实现我们对量子技术的投资。”
根据专家的评价，国防部的新策略在专业领域得到了积极的认可。大多数专家认为，这将有助于美国保持在量子科技领域的领导地位。然而，他们也指出了实施这些策略所面临的潜在挑战，包括经济环境的不确定性和国际关系的复杂性。
展望未来，美国国防部将需要在内外部因素的影响下，灵活地调整并执行其量子技术的发展路线。
参考链接（上下滑动查看更多）：
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/MhMBJ9EwSy9pZacif_utXA
[2]https://mp.weixin.qq.com/s/J3C_tCbgIZGJCEfUhJocpA
[3]https://federalnewsnetwork.com/technology-main/2024/03/america-could-use-a-quantum-leap/
[4]https://www.meritalk.com/articles/nsa-research-chief-touts-continued-quantum-computing-research-funding/
[5]https://www.axios.com/pro/tech-policy/2024/03/21/bills-of-the-week-quantum-ai-and-more
[6]https://defensescoop.com/2024/01/08/ndaa-2024-quantum-provisions/
[7]https://breakingdefense.com/2024/02/why-the-pentagon-needs-a-quantum-czar/
[8]https://quantumcomputingreport.com/infleqtion-unveils-quantum-roadmap-for-quantum-sensing-software-and-computing-products/
[9]https://docs.house.gov/billsthisweek/20240318/Division%20A%20Defense.PDF
[10]https://www.gao.gov/assets/d24106284.pdf
[11]https://www.defense.gov/Spotlights/FY2024-Defense-Budget/
[12]https://defensescoop.com/2024/01/23/aprille-ericsson-dod-nomination-hearing/
[13]https://www.nextgov.com/defense/2023/12/dod-offices-see-post-quantum-cryptography-mission-critical/392518/