Beyond Bits and Qubits: Crafting Effective U.S. Policies for Quantum Progress
Von Sameer Boray, Senior Policy Manager; Joe Hoellerer, Director of Government Affairs; und Leopold Wildenauer, Senior Policy Manager
Während KI weiterhin ein Schwerpunkt in politischen Diskussionen auf der ganzen Welt ist, entwickeln sich Quantentechnologien schnell zu einer transformativen Kraft und könnten KI bald in diese globalen Gespräche einbeziehen.
Quantum Computing ergänzt das konventionelle Computing und birgt das Potenzial, Innovationen in der gesamten US-Wirtschaft voranzutreiben. Wie KI werden Quantentechnologien bereits täglich eingesetzt. Unternehmen nutzen die Quantenphysik für die Speicherung, Übertragung, Berechnung oder Messung von Informationen. Und wie KI hat Quanten transformative Möglichkeiten. Mit sogenannten Qubits, die es Quantencomputern ermöglichen, große Datensätze gleichzeitig zu verarbeiten, hat die Technologie das Potenzial, Forschung und Entwicklung (F&E) zu revolutionieren und Geschäftsentscheidungen in Sektoren wie Logistik, Arzneimittelentwicklung und Fertigung zu optimieren. Quantenkommunikation kann Datenübertragungen sichern und vor digitalen Bedrohungen durch kurzfristige kommerzielle Anwendungen schützen. Darüber hinaus kann die Quantensensorik die Gesundheitsversorgung durch eine verbesserte Erkennung, Diagnose und Behandlung von Krankheiten voranbringen.
Da wir den World Quantum Day am 14. April begehen, ist es eine wichtige Erinnerung für alle Regierungen, diesem dynamischen Gespräch einen Schritt voraus zu sein und politische Überlegungen zu priorisieren, die sicherstellen, dass diese Technologie durch F & E-Aktivitäten, internationale Zusammenarbeit, Implementierung der Lieferkette und Personalentwicklung weiter gedeihen kann.
In Anerkennung des transformativen Potenzials von Quantentechnologien waren die Vereinigten Staaten ein Vorreiter in der Quantenpolitik und haben in den letzten zehn Jahren wichtige Schritte unternommen, um die US-Quantenführerschaft zu fördern.
Im Jahr 2018 hat der National Science and Technology Council (NSTC) die US-Strategie zum Schutz und zur Förderung der Führungsrolle der USA in der Quanteninformationswissenschaft (QIS). Darüber hinaus verfolgten die USA einen koordinierten Ansatz für die QIS-Forschung durch die Verabschiedung des National Quantum Initiative (NQI) Act. Das ursprüngliche Gesetz wurde 2018 erlassen und anschließend durch QIS-relevante Gesetze im National Defense Authorization Act (NDAA) für die Geschäftsjahre 2019, 2020 und 2022 sowie im CHIPS and Science Act von 2022 geändert und ergänzt.
Während das Wachstum der Rechenkapazität durch Quantencomputer zu mehr Innovation führen kann, ist diese Entwicklung nicht ohne Auswirkungen. Ein ausreichend ausgereifter Quantencomputer könnte kryptographische Schlüssel erzeugen, die von Public-Key-Verschlüsselungsalgorithmen wie RSA und ECC verwendet werden. Diese Algorithmen sind weit verbreitet, um zivile und militärische Kommunikation, kritische Infrastruktur und Finanztransaktionen zu sichern. Um die Risiken für anfällige kryptographische Systeme zu mindern, gab die Regierung 2022 das National Security Memorandum 10 (NSM-10) heraus, das die Bundesbehörden anwies, bis 2035 so viele Systeme wie möglich zu rekonfigurieren, um quantenresistente Kryptographie zu nutzen, und empfahl gleichzeitig Maßnahmen zur Förderung der US-Führung im Quantencomputing. In diesem Jahr wird erwartet, dass NIST die endgültigen Versionen von vier quantensicheren Verschlüsselungsalgorithmen veröffentlicht, die Agenturen und kommerzielle Einheiten zum Schutz ihrer gefährdeten kryptografischen Systeme verwenden können.
Während die Anwendungen von Quantentechnologien weltweit weiter wachsen, haben die Vereinigten Staaten eine wichtige Chance, auf ihrer Führungsposition aufzubauen. Hier sind acht Empfehlungen, die US-Beamte nutzen können, um sich auf eine Quantenzukunft vorzubereiten, die die transformativen Vorteile dieser Technologie maximiert:
1. Reautorisieren Sie föderale F & E-Aktivitäten im Rahmen des National Quantum Initiative (NQI) Act. Der Gesetzgeber sollte sich insbesondere auf Teile der Rechtsvorschriften konzentrieren, die sich auf Forschung und Entwicklung, Quantum Information Science (QIS), nationale Laboraktivitäten, öffentlich-private Partnerschaften und wichtige Lab-to-Market-Initiativen beziehen.
2. Angemessene Finanzierung für das US-Energieministerium (DOE), die National Science Foundation (NSF) und das National Institute of Standards and Technology (NIST) Quantum Information Science ProgrammeDiese Programme unterstützen wichtige Forschungsaktivitäten für quantenfähige Missionen und tragen zur Förderung des US-amerikanischen Quantenforschungsunternehmens bei. Für aktuelle und zukünftige Finanzierungszyklen ermutigt ITI den US-Kongress, Mittel für die QIS-Forschung von DOE, NIST und NSF, die fünf NQIRSC, wie von Sek. 302 des NQI Act autorisiert, und das Quantum User Expansion for Science and Technology des DOE (bekannt als "QUEST") Programm robust einzusetzen.
3. Förderung der öffentlich-privaten Zusammenarbeit und Sandbox-Initiativen, die die Kommerzialisierung von Quantensensorik und -computing ermöglichen. Dieses Engagement kann wahrscheinlich einen innovativen Markt für pro-soziale Anwendungen von Quantentechnologien hervorbringen.
4. Zusammenarbeit mit Verbündeten und Konkurrenten, um einen kohärenten und koordinierten Ansatz zu gewährleisten. Quantentechnologien ermöglichen es Ländern, die aktuelle technologische Entwicklung zu überspringen. Angesichts der Tatsache, dass internationale Regierungen erhebliche Investitionen tätigen, einschließlich Investitionen in die theoretische Grundlagenforschung, die Vorbereitung von Arbeitskräften und die Bildungsarbeit, ist es für die USA von entscheidender Bedeutung, mit Verbündeten und Konkurrenten an einem fragmentierten Ansatz zu arbeiten, der die USA hinter sich lassen könnte. Dies kann erreicht werden, indem die Beteiligung von Industrieakteuren an internationalen Standardforen gefördert und verbündete Nationen eingeladen werden, gemeinsam in Quantencomputing- und QIS-Forschungs- und Personalentwicklungsinitiativen zu investieren.
5. Aufbau einer robusten und widerstandsfähigen QuantenlieferketteDie Quantenlieferkette ist global, hochspezialisiert und fragmentiert. Störungen dieses heiklen Gleichgewichts könnten die US-Führung in QIS verzögern oder anderweitig gefährden. Um widerstandsfähige Lieferketten aufzubauen, sollte der US-Kongress einen risikobasierten Ansatz verfolgen und eine Studie in Auftrag geben, um globale Quanten-Lieferkettenrisiken zu analysieren, Richtlinien zur Beseitigung von Lieferkettenbarrieren zu empfehlen und die relevanten globalen Handelsgesetze zu harmonisieren. Politische Entscheidungsträger sollten mit der Industrie zusammenarbeiten, um besser zu verstehen, welche Teile der Lieferkette gefährdet sind, und Finanzierungsinitiativen zur Unterstützung in Betracht ziehen.
6. Bauen Sie eine quantenreife Belegschaft aufInvestitionen in Talente im Bereich Quantenhardware und -software können die Fähigkeit des Humankapitals durch Bildungspolitik, Ausbildungsprogramme, Steuergutschriften und Einwanderungspolitik erhöhen. Die politischen Entscheidungsträger können damit beginnen, das vom CHIPS and Science Act (PL 117-167) genehmigte NSF Quantum Education Pilotprogramm vollständig zu finanzieren, das 32 Millionen US-Dollar über fünf Jahre zur Unterstützung der K-12-Ausbildung und Lehrerausbildung in QIS bereitgestellt hat.
7. Integrieren Sie Quanten mit klassischem Computing, einschließlich Exascale, Hochleistungsrechnen (HPC) und Supercomputing. Investitionen in Exascale und HPC werden den Innovationszuwachs beschleunigen, der notwendig ist, um Quanten zu erreichen. Darüber hinaus spielen klassische Systeme eine Schlüsselrolle bei der Datenaufnahme und ermöglichen die Progression und Stresstests von komplexen Quantencomputersystemen.
8. Bereiten und planen für eine Quanten-ZukunftDa Post Quantum Cryptography (PQC) Standards abgeschlossen sind, bauen Sie auf bestehenden Richtlinien wie NSM-10 und OMB M-23-02 auf, um den föderalen Übergang zu PQC bis 2035 zu unterstützen. Um die Risiken für die am stärksten gefährdeten kryptografischen Systeme zu verringern, sollte der US-Kongress die notwendigen Mittel für die Migration staatlicher Systeme bereitstellen und mit Forschungseinrichtungen, Universitäten und privatwirtschaftlichen Einrichtungen zusammenarbeiten, um Anwendungsfälle, Tools und Anwendungen für PQC zu erforschen.