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美國量子計(jì)算研究面臨政策風(fēng)險(xiǎn)

中國已投入至少150億美元用于發(fā)展量子計(jì)算能力。

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圖片來源:REN CHAO - XINHUA - GETTY IMAGES

處理器眨眼間就能完成超級計(jì)算任務(wù)。電池能夠秒充電。藥物研發(fā)、加密和解密以及機(jī)器學(xué)習(xí)變得更快。這都是量子計(jì)算帶來的無數(shù)種可能性。量子計(jì)算利用物理學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最強(qiáng)大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算能否成功都取決于美國的研究,因?yàn)槊绹侨蛄孔佑?jì)算領(lǐng)域無可爭議的領(lǐng)導(dǎo)者。

美國是如何成為這項(xiàng)技術(shù)革命的中心的?這不是偶然發(fā)生的。得益于鼓勵(lì)科學(xué)家和企業(yè)家將學(xué)術(shù)研究商業(yè)化的政策環(huán)境,量子計(jì)算和世界一流的美國研究型大學(xué)相輔相成,攜手成長。

美國領(lǐng)先的秘訣

以我們的量子計(jì)算公司IonQ為例。2015年,作為來自杜克大學(xué)(Duke)和馬里蘭大學(xué)(University of Maryland)的工程學(xué)和物理學(xué)教授,我們利用自己的研究創(chuàng)建了IonQ公司,其資金主要來自美國國防部(Defense Department)和美國情報(bào)高級研究項(xiàng)目署(Intelligence Advanced Research Projects Activity,IARPA)的資助。后者是一家政府機(jī)構(gòu),主要投資于情報(bào)領(lǐng)域的尖端技術(shù)。我們還獲得了美國國家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology ,NIST)以及能源部(Department of Energy)的大量資助。

2020年,我們耗資550萬美元,在科利奇帕克建設(shè)了一座占地23,000平方英尺的中心,用于放置我們最先進(jìn)的量子設(shè)備。次年,IonQ在首次公開募股后估值達(dá)到20億美元,成為第一家上市的純量子硬件與軟件公司。

除了政府的資助外,我們的成功還要?dú)w功于杜克大學(xué)和馬里蘭大學(xué)對我們的量子研究的投資。馬里蘭大學(xué)號稱在其與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院共建的一家聯(lián)合研究機(jī)構(gòu),擁有200多名量子研究員,包括一名諾貝爾獎(jiǎng)得主,并發(fā)放了100多個(gè)物理學(xué)專業(yè)量子研究方向的博士學(xué)位。杜克大學(xué)最近建立了全球唯一的“垂直”量子計(jì)算中心,該中心的研發(fā)領(lǐng)域,從組裝單個(gè)原子到建造電子控制器,再到設(shè)計(jì)量子算法和應(yīng)用,涵蓋了量子計(jì)算的每一個(gè)階段。

但有一部鮮為人所知的法律同樣功不可沒,它就是1980年的《拜杜法案》(Bayh-Dole Act),如果沒有這部法律,這一切就不可能實(shí)現(xiàn)。在該法案通過之前,獲得任何金額聯(lián)邦資助的學(xué)術(shù)研究所產(chǎn)生的發(fā)明專利,歸聯(lián)邦政府所有。然而,政府卻沒有能力進(jìn)一步開發(fā)高校取得的技術(shù)突破,因此絕大多數(shù)專利被束之高閣。

《拜杜法案》允許高校擁有其科學(xué)家的發(fā)明專利,這產(chǎn)生了重要影響。學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)突然受到激勵(lì),紛紛將這些專利授權(quán)給私營行業(yè),由后者將專利轉(zhuǎn)換成具有巨大價(jià)值的商品和服務(wù),同時(shí)鼓勵(lì)發(fā)明這些專利的研究人員創(chuàng)業(yè)。

《拜杜法案》面臨風(fēng)險(xiǎn)

很可惜,聯(lián)邦政府可能很快削弱拜杜體系 —— 這可能嚴(yán)重阻礙量子計(jì)算領(lǐng)域取得新進(jìn)展。拜登政府最近宣布,計(jì)劃動(dòng)用該法案的“介入”條款,如果“目前向公眾出售的產(chǎn)品……價(jià)格不合理”,將對在政府資助下開發(fā)的發(fā)明實(shí)施價(jià)格管制。這種理念源于忽視了創(chuàng)業(yè)和商業(yè)化的核心價(jià)值:雖然創(chuàng)意在高校內(nèi)利用聯(lián)邦資金經(jīng)過構(gòu)思和測試,但被許可方需要投入大量的努力,將這些創(chuàng)意和專利轉(zhuǎn)化成有用的產(chǎn)品和服務(wù)。

濫用介入條款不會(huì)使消費(fèi)者或其他人更容易使用新技術(shù),而是會(huì)適得其反。降低將這些創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為成功的、實(shí)用的產(chǎn)品所需要的投資的價(jià)值,可能讓私營公司從一開始就不愿意承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)許可高校的研究。

這對量子計(jì)算研發(fā)的寒蟬效應(yīng),會(huì)嚴(yán)重破壞美國的國家安全。我們的項(xiàng)目之所以能從國防和情報(bào)部門獲得充足的資金,有充分的理由。量子計(jì)算可能很快成為密碼破譯和大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防御網(wǎng)絡(luò)攻擊的黃金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

采用擬定的介入框架,還會(huì)嚴(yán)重影響美國未來的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定。雖然目前量子計(jì)算仍處于萌芽階段,但其快速處理海量數(shù)據(jù)的能力,將在未來幾十年內(nèi)帶來商業(yè)革命。未來在自動(dòng)駕駛汽車等領(lǐng)域,量子計(jì)算可能是捕捉人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)所需要的復(fù)雜性的唯一途徑。量子計(jì)算可支持公司以前所未有的準(zhǔn)確度,完善他們的供應(yīng)鏈和其他后勤業(yè)務(wù),如制造等。它還有可能會(huì)顛覆金融業(yè),支持投資組合經(jīng)理創(chuàng)建優(yōu)秀的新投資算法和策略。

鑒于量子計(jì)算技術(shù)的巨大潛力,中國在2022年已投入超過150億美元用于發(fā)展其量子計(jì)算能力,背后的原因不難理解。中國在量子計(jì)算領(lǐng)域的投入,是歐盟國家量子計(jì)算預(yù)算的兩倍以上,是美國政府的投資計(jì)劃的八倍。

好在美國迄今為止在量子計(jì)算領(lǐng)域依舊具有明顯優(yōu)勢。美國高校吸引的頂級專家和業(yè)內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)者,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國家(包括中國)的高校。美國源于大學(xué)創(chuàng)新的創(chuàng)業(yè)文化,令全世界羨慕不已。而且不同于歐洲,美國政府通過公私合作,鼓勵(lì)冒險(xiǎn)和創(chuàng)業(yè)。

但如果拜登政府廢除支持公私合作的《拜杜法案》,美國能否持久維持在量子計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,將變成未知數(shù)。這可能對美國的國家安全和經(jīng)濟(jì)未來產(chǎn)生毀滅性的二級影響。計(jì)算機(jī)科學(xué)家、普通民眾和情報(bào)與國防部門,只能寄希望于聯(lián)邦政府官員能三思而行。(財(cái)富中文網(wǎng))

本文作者金正相為杜克大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程和物理學(xué)專業(yè)教授??死锼雇懈ァらT羅為杜克大學(xué)和馬里蘭大學(xué)科利奇帕克分校電子與計(jì)算機(jī)工程和物理學(xué)專業(yè)教授。2015年,他們共同創(chuàng)立的IonQ公司,是第一家上市的純量子硬件和軟件公司。

翻譯:劉進(jìn)龍

審校:汪皓

處理器眨眼間就能完成超級計(jì)算任務(wù)。電池能夠秒充電。藥物研發(fā)、加密和解密以及機(jī)器學(xué)習(xí)變得更快。這都是量子計(jì)算帶來的無數(shù)種可能性。量子計(jì)算利用物理學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過最強(qiáng)大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算能否成功都取決于美國的研究,因?yàn)槊绹侨蛄孔佑?jì)算領(lǐng)域無可爭議的領(lǐng)導(dǎo)者。

美國是如何成為這項(xiàng)技術(shù)革命的中心的?這不是偶然發(fā)生的。得益于鼓勵(lì)科學(xué)家和企業(yè)家將學(xué)術(shù)研究商業(yè)化的政策環(huán)境,量子計(jì)算和世界一流的美國研究型大學(xué)相輔相成,攜手成長。

美國領(lǐng)先的秘訣

以我們的量子計(jì)算公司IonQ為例。2015年,作為來自杜克大學(xué)(Duke)和馬里蘭大學(xué)(University of Maryland)的工程學(xué)和物理學(xué)教授,我們利用自己的研究創(chuàng)建了IonQ公司,其資金主要來自美國國防部(Defense Department)和美國情報(bào)高級研究項(xiàng)目署(Intelligence Advanced Research Projects Activity,IARPA)的資助。后者是一家政府機(jī)構(gòu),主要投資于情報(bào)領(lǐng)域的尖端技術(shù)。我們還獲得了美國國家科學(xué)基金會(huì)(National Science Foundation)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology ,NIST)以及能源部(Department of Energy)的大量資助。

2020年,我們耗資550萬美元,在科利奇帕克建設(shè)了一座占地23,000平方英尺的中心,用于放置我們最先進(jìn)的量子設(shè)備。次年,IonQ在首次公開募股后估值達(dá)到20億美元,成為第一家上市的純量子硬件與軟件公司。

除了政府的資助外,我們的成功還要?dú)w功于杜克大學(xué)和馬里蘭大學(xué)對我們的量子研究的投資。馬里蘭大學(xué)號稱在其與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院共建的一家聯(lián)合研究機(jī)構(gòu),擁有200多名量子研究員,包括一名諾貝爾獎(jiǎng)得主,并發(fā)放了100多個(gè)物理學(xué)專業(yè)量子研究方向的博士學(xué)位。杜克大學(xué)最近建立了全球唯一的“垂直”量子計(jì)算中心,該中心的研發(fā)領(lǐng)域,從組裝單個(gè)原子到建造電子控制器,再到設(shè)計(jì)量子算法和應(yīng)用,涵蓋了量子計(jì)算的每一個(gè)階段。

但有一部鮮為人所知的法律同樣功不可沒,它就是1980年的《拜杜法案》(Bayh-Dole Act),如果沒有這部法律,這一切就不可能實(shí)現(xiàn)。在該法案通過之前,獲得任何金額聯(lián)邦資助的學(xué)術(shù)研究所產(chǎn)生的發(fā)明專利,歸聯(lián)邦政府所有。然而,政府卻沒有能力進(jìn)一步開發(fā)高校取得的技術(shù)突破,因此絕大多數(shù)專利被束之高閣。

《拜杜法案》允許高校擁有其科學(xué)家的發(fā)明專利,這產(chǎn)生了重要影響。學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)突然受到激勵(lì),紛紛將這些專利授權(quán)給私營行業(yè),由后者將專利轉(zhuǎn)換成具有巨大價(jià)值的商品和服務(wù),同時(shí)鼓勵(lì)發(fā)明這些專利的研究人員創(chuàng)業(yè)。

《拜杜法案》面臨風(fēng)險(xiǎn)

很可惜,聯(lián)邦政府可能很快削弱拜杜體系 —— 這可能嚴(yán)重阻礙量子計(jì)算領(lǐng)域取得新進(jìn)展。拜登政府最近宣布,計(jì)劃動(dòng)用該法案的“介入”條款,如果“目前向公眾出售的產(chǎn)品……價(jià)格不合理”,將對在政府資助下開發(fā)的發(fā)明實(shí)施價(jià)格管制。這種理念源于忽視了創(chuàng)業(yè)和商業(yè)化的核心價(jià)值:雖然創(chuàng)意在高校內(nèi)利用聯(lián)邦資金經(jīng)過構(gòu)思和測試,但被許可方需要投入大量的努力,將這些創(chuàng)意和專利轉(zhuǎn)化成有用的產(chǎn)品和服務(wù)。

濫用介入條款不會(huì)使消費(fèi)者或其他人更容易使用新技術(shù),而是會(huì)適得其反。降低將這些創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為成功的、實(shí)用的產(chǎn)品所需要的投資的價(jià)值,可能讓私營公司從一開始就不愿意承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)許可高校的研究。

這對量子計(jì)算研發(fā)的寒蟬效應(yīng),會(huì)嚴(yán)重破壞美國的國家安全。我們的項(xiàng)目之所以能從國防和情報(bào)部門獲得充足的資金,有充分的理由。量子計(jì)算可能很快成為密碼破譯和大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防御網(wǎng)絡(luò)攻擊的黃金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

采用擬定的介入框架,還會(huì)嚴(yán)重影響美國未來的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定。雖然目前量子計(jì)算仍處于萌芽階段,但其快速處理海量數(shù)據(jù)的能力,將在未來幾十年內(nèi)帶來商業(yè)革命。未來在自動(dòng)駕駛汽車等領(lǐng)域,量子計(jì)算可能是捕捉人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)所需要的復(fù)雜性的唯一途徑。量子計(jì)算可支持公司以前所未有的準(zhǔn)確度,完善他們的供應(yīng)鏈和其他后勤業(yè)務(wù),如制造等。它還有可能會(huì)顛覆金融業(yè),支持投資組合經(jīng)理創(chuàng)建優(yōu)秀的新投資算法和策略。

鑒于量子計(jì)算技術(shù)的巨大潛力,中國在2022年已投入超過150億美元用于發(fā)展其量子計(jì)算能力,背后的原因不難理解。中國在量子計(jì)算領(lǐng)域的投入,是歐盟國家量子計(jì)算預(yù)算的兩倍以上,是美國政府的投資計(jì)劃的八倍。

好在美國迄今為止在量子計(jì)算領(lǐng)域依舊具有明顯優(yōu)勢。美國高校吸引的頂級專家和業(yè)內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)者,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國家(包括中國)的高校。美國源于大學(xué)創(chuàng)新的創(chuàng)業(yè)文化,令全世界羨慕不已。而且不同于歐洲,美國政府通過公私合作,鼓勵(lì)冒險(xiǎn)和創(chuàng)業(yè)。

但如果拜登政府廢除支持公私合作的《拜杜法案》,美國能否持久維持在量子計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,將變成未知數(shù)。這可能對美國的國家安全和經(jīng)濟(jì)未來產(chǎn)生毀滅性的二級影響。計(jì)算機(jī)科學(xué)家、普通民眾和情報(bào)與國防部門,只能寄希望于聯(lián)邦政府官員能三思而行。(財(cái)富中文網(wǎng))

本文作者金正相為杜克大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程和物理學(xué)專業(yè)教授。克里斯托弗·門羅為杜克大學(xué)和馬里蘭大學(xué)科利奇帕克分校電子與計(jì)算機(jī)工程和物理學(xué)專業(yè)教授。2015年,他們共同創(chuàng)立的IonQ公司,是第一家上市的純量子硬件和軟件公司。

翻譯:劉進(jìn)龍

審校:汪皓

Processors that crunch through supercomputing tasks in the blink of an eye. Batteries that recharge in a flash. Accelerated drug discovery, encryption and decryption, and machine learning. These are just a few of the possibilities that may be enabled by quantum computing, which harnesses the laws of physics to perform calculations much faster than even the most powerful traditional computers. They all hinge on research here in the United States, the world’s undisputed leader in quantum computing.

How did America become the epicenter of this technological revolution? It didn’t happen by accident. Quantum computing and world-class U.S. research universities have grown hand in hand, fostered by a policy environment that encourages scientists and entrepreneurs to commercialize academic research.

The secret to U.S. ingenuity

Consider our quantum computing company, IonQ. As engineering and physics professors from Duke and the University of Maryland (UMD), we founded the company in 2015 using our research, which was largely funded by the Defense Department and the Intelligence Advanced Research Projects Activity (IARPA)–a government organization investing in cutting-edge technology for the intelligence community. We’ve also received significant funding from the National Science Foundation, the National Institute of Standards and Technology (NIST), and the Department of Energy.

In 2020, we opened a 23,000-square-foot, $5.5 million center in College Park to house our state-of-the-art quantum machinery. The next year, IonQ was valued at $2 billion upon our IPO–and became the first publicly traded pure-play quantum hardware and software company.

Along with government financing, we owe much of our success to both UMD and Duke’s investment in our quantum research. UMD boasts more than 200 quantum researchers including a Nobel laureate at a joint institute shared between the university and NIST, and has awarded more than 100 doctorates in physics with a quantum focus. Duke recently established the only “vertical” quantum computing center in the world, which conducts research and development combining every stage of the quantum computing process–from assembling individual atoms and engineering their electronic controllers to designing quantum algorithms and applications.

But we also owe it to a little-known law, without which none of this would have been possible– the Bayh-Dole Act of 1980. Before its passage, the federal government owned the patents on inventions resulting from academic research that had received any amount of federal funding. However, the government lacked the capacity to further develop university breakthroughs, so the vast majority simply gathered dust on shelves.

Bayh-Dole allowed universities to own the patents on the inventions of their scientists, which has had a galvanizing impact. Suddenly, academic institutions were incentivized to license those patents to the private sector where they could be transformed into valuable goods and services, while stimulating entrepreneurship among the researchers who came up with those inventions in the first place.

Bayh-Dole’s legacy at stake

Unfortunately, the federal government may soon undermine the Bayh-Dole system–which could massively stifle new advances in quantum computing. The Biden administration just announced that it seeks to use the law’s “march-in” provision to impose price controls on inventions that were originally developed with federal funds if “the price…at which the product is currently offered to the public [is] not reasonable.” This notion arises from ignorance of the core value in entrepreneurship and commercialization: While the ideas are conceived and tested at universities using federal funding, it is the huge amount of effort invested by the licensee that turns those ideas and patents into useful products and services.

Abusing march-in wouldn’t make new technologies more accessible for consumers or anyone else, it would do just the opposite. Devaluing the investment needed to turn these ideas into successful and practical products could disincentivize private-sector companies from taking risks by licensing university research in the first place.

When it comes to quantum computing, that chilling effect on research and development would enormously jeopardize U.S. national security. Our projects received ample funding from defense and intelligence agencies for good reason. Quantum computing may soon become the gold standard technology for codebreaking and defending large computer networks against cyberattacks.

Adopting the proposed march-in framework would also have major implications for our future economic stability. While still a nascent technology today, quantum computing’s ability to rapidly process huge volumes of data is set to revolutionize business in the coming decades. It may be the only way to capture the complexity needed for future AI and machine learning in, say, self-driving vehicles. It may enable companies to hone their supply chains and other logistical operations, such as manufacturing, with unprecedented precision. It may also transform finance by allowing portfolio managers to create new, superior investment algorithms and strategies.

Given the technology’s immense potential, it’s no mystery why China committed what is believed to be more than $15 billion in 2022 to develop its quantum computing capacity–more than double the budget for quantum computing of EU countries and eight times what the U.S. government plans to spend.

Thankfully, the U.S. still has a clear edge in quantum computing–for now. Our universities attract far more top experts and leaders in the field than any other nation’s, including China’s, by a wide margin. Our entrepreneurial startup culture, often bred from the innovation of our universities, is the envy of the world. And unlike Europe, our government incentivizes risk-taking and entrepreneurship through public-private partnerships.

However, if the Biden administration dismantles the law that makes this collaboration possible, there’s no guarantee that our global dominance in quantum computing will persist in the long term. That would have devastating second-order effects on our national security and economic future. Computer scientists, ordinary Americans, and the intelligence and defense communities can only hope our officials rethink their proposal.

Jungsang Kim is a professor of ECE and physics at Duke University. Christopher Monroe is a professor of ECE and physics at Duke University and the University of Maryland, College Park. In 2015 they co-founded IonQ, Inc., the first publicly traded pure-play quantum hardware and software company.

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