Beyond Bits and Quubits: Tworzenie skutecznej polityki USA na rzecz postępu kwantowego
Przez Sameer Boray, Senior Policy Manager; Joe Hoellerer, Dyrektor Rządu; i Leopold Wildenauer, Senior Policy Manager
Podczas gdy AI pozostaje głównym punktem dyskusji politycznych na całym świecie, technologie kwantowe szybko wyłaniają się jako siła transformacyjna i mogą wkrótce dołączyć do AI w tych globalnych rozmowach.
Quantum computing uzupełnia konwencjonalne komputery i posiada potencjał do napędzania innowacji w całej amerykańskiej gospodarce. Podobnie jak SI, technologie kwantowe są już wykorzystywane codziennie. Firmy wykorzystują fizykę kwantową do przechowywania, przekazywania, przetwarzania lub pomiaru informacji. Podobnie jak AI, kwantowe możliwości transformacji. Korzystanie z tzw. qubitów, które pozwalają komputerom kwantowym na jednoczesne przetwarzanie dużych zbiorów danych, technologia ma potencjał do zrewolucjonizowania badań i rozwoju (R & D), i optymalizacji decyzji biznesowych w sektorach takich jak logistyka, rozwój leków i produkcji. Komunikacja kwantowa może zabezpieczać transfer danych, chroniąc przed zagrożeniami cyfrowymi za pomocą krótkotrwałych zastosowań komercyjnych. Ponadto, czujnik kwantowy może rozwijać opiekę zdrowotną poprzez poprawę wykrywania chorób, diagnozy i leczenia.
Jako że 14 kwietnia obchodzimy Światowy Dzień Quantum, ważne jest, aby wszystkie rządy stały przed tą dynamiczną rozmową i traktowały priorytetowo względy polityczne, które zapewniają, że technologia ta może nadal rozwijać się poprzez działania badawczo-rozwojowe, współpracę międzynarodową, wdrażanie łańcucha dostaw oraz rozwój siły roboczej.
Uznając potencjał transformacyjny technologii kwantowych, Stany Zjednoczone były początkiem polityki kwantowej i podjęły ważne kroki w ciągu ostatniej dekady, aby pomóc w rozwoju przywództwa kwantowego USA.
W 2018 r. Strategia Stanów Zjednoczonych za ochronę i rozwój przywództwa USA w dziedzinie informatyki kwantowej (QIS). Ponadto USA przyjęły skoordynowane podejście do badań QIS poprzez uchwalenie ustawy o Krajowej Inicjatywie Kwantowej (NQI). Początkowe prawo zostało uchwalone w 2018 r., a następnie zmienione i uzupełnione o odpowiednie przepisy dotyczące QIS zawarte w ustawie o zatwierdzaniu obrony narodowej (NDAA) za lata budżetowe 2019, 2020 i 2022, a także w ustawie o CHIPS i nauce z 2022 r.
Podczas gdy wzrost zdolności obliczeniowej za pośrednictwem komputerów kwantowych może prowadzić do większej innowacyjności, rozwój ten nie jest bez konsekwencji. Wystarczająco dojrzały komputer kwantowy mógłby generować klucze kryptograficzne wykorzystywane przez publiczne algorytmy szyfrowania kluczy, takie jak RSA i ECC. Algorytmy te są szeroko stosowane w celu zabezpieczenia komunikacji cywilnej i wojskowej, infrastruktury krytycznej i transakcji finansowych. Aby zmniejszyć ryzyko dla wrażliwych systemów kryptograficznych, rząd wydał w 2022 r. protokół bezpieczeństwa narodowego nr 10 (NSM- 10), który nakazał agencjom federalnym rekonfigurowanie jak największej liczby systemów do wykorzystania kwantowej kryptografii do 2035 r., zalecając jednocześnie środki mające na celu promowanie przywództwa USA w zakresie kwantowego przetwarzania danych. Oczekuje się, że w tym roku NIST opublikuje ostateczne wersje czterech algorytmów szyfrowania bezpieczeństwa kwantowego, które agencje i podmioty komercyjne mogą wykorzystać do ochrony swoich systemów kryptograficznych ryzyka.
Podczas gdy zastosowanie technologii kwantowych w dalszym ciągu rośnie na całym świecie, Stany Zjednoczone mają ważną okazję, by wykorzystać swoje przywództwo. Oto osiem zaleceń amerykańskich urzędników może wykorzystać, aby przygotować się na kwantową przyszłość, która maksymalizuje korzyści transformacyjne tej technologii:
1. Reauthorize federalnych działań badawczo-rozwojowych w ramach Krajowej Inicjatywy Kwantowej (NQI). Prawnicy powinni w szczególności skupić się na sekcjach prawodawstwa dotyczących badań i rozwoju, Quantum Information Science (QIS), krajowej działalności laboratoryjnej, partnerstw publiczno-prywatnych oraz kluczowych inicjatyw rynku pracy.
2. Odpowiednie finansowanie Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE), Narodowej Fundacji Nauki (NSF) i Narodowego Instytutu Norm i Technologii (NIST) Programy Quantum Information ScienceProgramy te wspierają kluczowe działania badawcze dla misji kwantowych i pomagają promować amerykańskie przedsiębiorstwa badań kwantowych. Dla obecnych i przyszłych cykli finansowania, ITI zachęca Kongres USA do stanowczo odpowiednie fundusze na badania DOE, NIST i NSF QIS, pięć NQIRSC autoryzowane przez sec. 302 NQI Act, i DOE Quantum User Expansion for Science and Technology (znany jako "QUEST") program.
3. Promowanie współpracy publiczno-prywatnej oraz inicjatywy piaskownicy umożliwiające komercjalizację czujników kwantowych i komputerów. To zaangażowanie może prawdopodobnie stworzyć innowacyjny rynek prospołecznych zastosowań technologii kwantowych.
4. Współpraca z sojusznikami i konkurentami w celu zapewnienia spójnego i skoordynowanego podejścia. Technologie kwantowe umożliwiają państwom przeskoczenie obecnego rozwoju technologicznego. Biorąc pod uwagę, że rządy międzynarodowe dokonują znacznych inwestycji, w tym inwestycji w podstawowe teoretyczne badania kwantowe, przygotowanie siły roboczej i wsparcie edukacyjne, jest to kluczowe dla USA, aby współpracować z sojusznikami i konkurentami w kierunku fragmentarycznego podejścia, które może zostawić USA za sobą. Można to osiągnąć poprzez promowanie udziału zainteresowanych stron z branży w międzynarodowych forach normalizacyjnych, a także poprzez zachęcanie krajów sprzymierzonych do współinwestowania w kwantowe technologie obliczeniowe oraz inicjatywy w zakresie badań nad QIS i rozwoju siły roboczej.
5. Ustanowienie solidnego i odpornego kwantowego łańcucha dostawŁańcuch dostaw kwantowych jest globalny, wysoce wyspecjalizowany i rozdrobniony. Zakłócenia tej delikatnej równowagi mogą opóźnić lub w inny sposób zagrozić przywództwu USA w QIS. Aby zbudować odporne łańcuchy dostaw, Kongres Stanów Zjednoczonych powinien przyjąć podejście oparte na ryzyku i zlecić badanie w celu analizy globalnego ryzyka kwantowego łańcucha dostaw, zaleca politykę w celu rozwiązania barier w łańcuchu dostaw, oraz harmonizację odpowiednich przepisów dotyczących handlu światowego. Decydenci polityczni powinni współpracować z przemysłem w celu lepszego zrozumienia, jakie części łańcucha dostaw są zagrożone i rozważenia inicjatyw finansowania w celu zapewnienia wsparcia.
6. Budowanie siły roboczej gotowej do kwantu. Inwestycje w sprzęt kwantowy i talent oprogramowania może zwiększyć zdolność kapitału ludzkiego poprzez politykę edukacyjną, programy szkoleniowe, ulgi podatkowe i polityki imigracyjnej. Decydenci polityczni mogą rozpocząć od pełnego finansowania NSF Quantum Education Pilot Program autoryzowany przez CHIPS i ustawy naukowej (P.L. 117- 167), który przeznaczył 32 miliony dolarów w ciągu pięciu lat na wsparcie K- 12 edukacji i szkolenia nauczycieli w QIS.
7. Zintegrować kwantowe z klasycznymi komputerami, w tym exascale, wysokowydajne komputery (HPC) i superkomputery. Inwestycje dokonane w exascale i HPC przyspieszą wzrost innowacyjności niezbędnej do osiągnięcia wartości kwantowej. Ponadto klasyczne systemy odgrywają kluczową rolę w przyjmowaniu danych i umożliwianiu progresji i testów warunków skrajnych skomplikowanych systemów kwantowych.
8. Przygotowanie i plan na kwantową przyszłośćW miarę finalizacji standardów kryptografii kwantowej (PQC), w oparciu o istniejące polityki, takie jak NSM- 10 i OMB M- 23- 02, aby wesprzeć federalne przejście do PQC do 2035. Aby ograniczyć zagrożenia dla najbardziej wrażliwych systemów kryptograficznych, Kongres Stanów Zjednoczonych powinien przydzielić niezbędne środki finansowe na migrację systemów rządowych i współpracować z instytucjami badawczymi, uniwersytetami i podmiotami sektora prywatnego w celu prowadzenia badań dotyczących przypadków, narzędzi i aplikacji dotyczących PQC.