Quantum Computing in US-China Competition
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我是美国德意志马歇尔基金会印太项目主管邦妮·格拉瑟。欢迎收听另一期“中国环球播客”。量子计算利用量子力学进行快速复杂的计算。它通常被描述为一种颠覆性技术，并且是美中竞争最前沿的先进技术之一。

尽管美国一直领先于量子技术的开发和应用，但中国正在迅速取得进展。今年早些时候，中国自主研发的量子计算机“悟悟空”（以中国神话中著名的孙悟空命名）使中国成为世界上第三个开发这种最先进机器的国家。

量子计算具有许多潜在应用，包括金融建模、人工智能和科学研究，以及国防领域，例如水下作战和军事通信网络。美国新安全中心（CNAS）的一份新报告，题为“量子比特的探索：评估美中在量子计算领域的竞争”

解释了美国和中国正在追求的量子战略，并就美国如何加强其在与中国的量子计算竞争中的地位提出了建议。因此，今天我邀请了这份报告的作者。我很高兴能与萨姆·豪厄尔一起。

她是CNAS技术与国家安全项目的特聘副研究员。她的研究兴趣包括量子信息科学、半导体、STEM人才问题以及利用新兴技术来增强人类绩效。萨姆，非常感谢你今天加入我们。感谢你的邀请。

对于我们这些非科学家，包括我，你能用通俗易懂的语言解释什么是量子计算吗？当然可以。量子计算是更广泛的量子信息科学领域的一个子集，它利用量子力学的规律来解决经典计算机缺乏能力处理的非常大和复杂的问题。

换句话说，量子计算机利用极小尺度上的自然行为来产生无与伦比的速度和处理能力。并且有两种独特的特性赋予量子计算机这些优势：叠加和纠缠。叠加是指同时存在于多种计算状态的能力。

因此，虽然经典计算机基于开关打开和关闭的二进制位，并且只能存在于零或一的状态，但量子计算机基于量子位，它可以表示零、一或两者的任何组合。这意味着量子位的可能状态数量远远超过二进制位的可能状态数量

这使得量子计算机具有更大的能力来吸收和处理信息。然后，纠缠是指量子位作为连接系统或单元的功能能力。因此，纠缠的量子位可以相互影响彼此的行为，并以非常快的速度相互作用和通信。

因此，与经典对应物相比，量子系统可以以更快的速度处理指数级更高的信息量。总而言之，量子计算只是一个利用量子力学现象来解决超级复杂问题的过程。

那么，为什么量子计算在美中竞争中占据核心地位呢？也许你也可以将它与其他一些对美中竞争和技术至关重要的技术方面进行比较。当然。量子计算已经成为美中技术竞争的一个关键方面

总的来说，因为它是一个有可能真正改变地缘政治力量平衡的技术领域。我认为量子与半导体甚至人工智能等其他一些技术领域的区别在于，量子具有非常广泛和深远的潜在应用，并且

并且可以用来极大地增强一个国家的经济和军事实力，以及其整体的国家竞争力。例如，量子计算机可以用来设计新的武器系统，或破解对手的加密方法，或开发新的监控技术。与此同时，它们还可以用来发现新的药物和疫苗，或者

建造更好的绿色能源技术，或改进天气预报。量子计算几乎可以使任何依赖于速度和处理能力的行业受益。这意味着在量子计算领域落后，不仅仅意味着在一个利基技术领域落后。它实际上意味着在现代生活的几乎每一个方面都落后。

在你的报告中，你探讨了美国和中国的优势和劣势。你能详细说明一下吗？例如，中国在哪些方面正在迎头赶上？他们有哪些领先的领域，或者他们的系统在未来会给他们带来哪些优势？这是一个很好的问题。我认为我们可以使用一些可量化的指标来评估中国在量子计算领域的绩效和潜力。

量子计算。我认为目前最具启发意义的是研发总支出、一个国家拥有的专利总数以及研究出版物的总数。

研发总支出是中国的主要优势之一。大多数估计表明，中国政府在量子研发上的支出比美国政府高出很多。据报道，中国已为量子技术拨款约153亿美元。

这使得它远远领先于美国，美国计划的公共资金约为19亿美元。然而，美国的私人投资水平更高，并且比中国拥有更强大的量子产业。美国的量子公司始终获得全球最高的私人资金份额，

2022年，八家资金最雄厚的量子技术公司中有五家总部设在美国。因此，这项投资培育了一个非常多样化和广泛的美国量子产业，这是一个关键优势，并且随着量子技术开始从实验室走向市场，它将变得更加强大。

相比之下，中国的量子产业规模较小，似乎受到中共的严格控制或影响，这可能会阻碍中国的进步，尤其是在技术商业化阶段。美国在量子计算专利申请总数方面也领先一步，

美国专利局在2010年至2022年期间收到了1800多份量子计算专利申请，而中国在同一时期仅收到了约900份。这表明美国实体正在以非常快的速度创新，并且真正处于量子研发的最前沿。最后，当我们查看研究出版物时，

乍一看，这似乎是中国的一个优势。中国生产的量子计算研究数量最多，约占全球研究的23%。但是，当我们深入研究时，美国似乎在研究质量方面具有优势。因此，尽管美国发表的论文少于中国，但这些论文的引用频率更高，这表明它们的质量可能更高。

因此，总的来说，这些可量化的指标表明，美国目前可能比中国略微领先。但这种领先优势并不大。中国绝对是一个强大的竞争对手。量子计算领域的其他国家呢？还有其他国家吗？

其他参与者与美国和中国真正竞争吗？如果是这样，他们能否作为一致的盟友合作，以真正维持美国目前对中国的领先地位？

是的，感谢你的这个问题，因为尽管华盛顿关于量子的讨论往往集中在美中动态上，但其他参与者也在该领域取得了重大进展。因此，追求量子的国家数量仍然相对较少。世界上只有大约17或18个国家已经采用了国家量子战略。

但其中许多是美国盟友，他们的表现非常好，并且已经与美国签署了双边或三边协议，以促进量子研发方面的合作。例如，德国和英国是政府对量子研发投资水平最高的美国盟友。

这两个国家也是中国和美国之后生产科学研究成果最多的国家。德国和英国还在量子技术供应链中扮演着重要角色，是激光器、合成金刚石和稀释制冷机等关键组件的主要来源。

其他拥有强大量子技术生态系统的美国盟友包括澳大利亚、日本和荷兰。我认为，展望未来，我们可以预期国际合作在量子研发方面将更加突出，尤其是在现有伙伴关系（如AUKUS）或新兴的日韩美三边关系框架内。

过去，美国和中国之间存在大量的科学合作，其中一些仍在继续。在一些非常敏感的技术方面，由于显而易见的原因，近年来它受到了严格限制。

尽管我认为世界各地的科学家在许多方面都希望继续合作。那么，在量子计算领域，美国和中国之间有多少合作？如果是这样，未来这种合作可能会中断吗？或者你认为哪些领域可能会继续合作？我们是否有法律能够确保

是秘密，在我们需要保护的范围内将受到保护。美国和中国之间确实存在关于量子计算的合作，部分原因是在这个非常早期的发展阶段，量子研究是高度国际化的。

因此，尽管美中关系日益紧张，但它们之间的合作研究在量子领域仍然相当有韧性。事实上，当我们查看美国与其他国家作者合作的量子相关出版物的份额时，中国是美国的顶级合作国家。

这对美国政策制定者提出了一个非常严峻的挑战，因为美中在量子领域的合作存在好处。中国拥有大量的技术专长，并且在量子信息科学的其他子集（例如量子通信）方面实际上领先于美国。

因此，美国可以从与中国的合作中学习一些东西。然而，与此同时，我们也需要认真对待非常真实的知识产权和技术泄露风险。因此，在我看来，在这个技术发展阶段，合作的潜在好处可能超过相关的风险

但是，一旦美国在量子领域对中国拥有安全和确定的领先地位，或者它获得了想要保护的真正重要的能力，我认为这种平衡可能会倾斜。是的。

中国，特别是其领导人习近平，一直专注于技术自给自足。我认为我在介绍中提到了“悟悟空”作为这项努力的一个例子。那么，中国在量子领域的自主自足对战略和安全有何影响？他们能做到吗？

然后，如果他们能够实现自主自足，不需要与美国或其他地方的科学家合作，并且能够利用你所说的商业化（这将具有挑战性，但最终他们可以做到），那么这意味着什么？在应用方面，这是他们自己可以做到的事情吗？如果他们做不到，那又意味着什么呢？

是的，量子领域的自主自足是我们看到的优先事项，它反映在多份中国战略文件中，甚至反映在习近平和其他高级官员的讲话中。因此，我认为中共将自主自足和技术独立视为实现其目标的必要条件。

更广泛的目标是重申中国的军事和经济领导地位，并真正引领新一轮的产业转型。因此，中国显然有一个愿景，即成为21世纪的全球科技强国。我认为量子是实现这一愿景的关键组成部分。

因此，中国非常重视创建一个能够自我维持并能够抵御出口管制或其他经济工具形式的外部压力的量子生态系统。

但必须承认，这对他们来说很难实现。量子系统运行成本高昂，而且很难为量子建立一个完全国内的供应链。因此，在某种程度上，现在可能还为时过早，无法真正理解中国追求自主自足对美国的影响。但总的来说，

中国变得越自给自足，美国就越难以影响甚至可能削弱中国的量子能力。如果中国真正优先考虑量子领域的科技独立，那么它可能拥有的漏洞就更少，美国可以利用这些漏洞来为自己谋利。

这可能意味着，促进美国在量子领域竞争力的最佳方法是强调能够以中国难以跟上的速度加快美国进步的政策，而不是花费大量时间来制定不太可能对如此孤立的中国量子生态系统产生太大影响的保护制度。

萨姆，在你的报告中，你建议美国需要建立一个强大的量子技术供应链。你特别提到了中国在稀土产业中的优势和影响力是一种潜在的风险。也许你可以谈谈这个。美国可以做些什么来减轻这种风险？

建立一个安全的、有弹性的、对外国竞争对手依赖有限的供应链，对于美国的经济和国家安全以及美国在量子领域的领导地位至关重要。目前，量子供应链是全球性的、高度专业化的，并且存在许多单点故障。

例如，许多美国量子公司依赖位于外国的单一供应商来提供其最基本的组件和材料，这非常危险。值得庆幸的是，美国目前对像中国这样的外国竞争对手没有任何重大依赖。但正如你提到的那样，这些漏洞有可能出现。

例如，稀土元素在量子供应链中发挥着作用，就像它们在大多数技术领域一样。中国主导着稀土的开采、加工和生产，并且已经表现出愿意利用这种主导地位作为地缘政治杠杆。早在2023年，

中国官员据报道曾考虑禁止向美国出口某些稀土加工和精炼技术。这种失去准入将对美国的科技进步和创新造成非常不利的影响。因此，美国必须努力使量子供应链多样化，并了解其风险所在。

一个完全在美国国内的供应链是不现实的。这将非常昂贵。但由于量子供应链仍在发展中，美国有机会选择在哪里承担风险。

这就是为什么我们在报告中建议白宫首先进行全面的供应链审查，并建立持续供应链映射流程。因为这将使美国政策制定者能够确定关键瓶颈所在。它还将使他们能够使用金融工具，例如

《国防生产法》或小型企业创新研究计划来促进国内生产被认为过于敏感而不能位于美国境外的产品和材料。

我认为，中国限制出口关键矿物的一个很好的例子是镓，我们实际上已经看到它对德国的供应有所增加，但对日本的供应却大幅减少。

这是他们外交和战略方法的一部分，是利用经济策略，如果你愿意的话，以及他们用来影响其他国家政策的杠杆和工具。

美国、日本以及欧洲的许多国家都非常依赖你所说的关键矿物。因此，我认为这对美国来说是一个巨大的挑战。

你提出的另一个我发现非常有趣的建议是，美国应该培养量子技术人才。我假设你熟悉的数据表明中国在STEM领域的先进程度如何。当然，人们评估其工程学位的质量的方式有所不同，因为他们有如此多的毕业生。

一些毕业生的标准可能非常高，但可能并非所有毕业生都是如此。但尽管如此，毫无疑问，中国人确实拥有高水平的全球

在一些科学领域培训人员的全球竞争力项目。那么，为什么美国在建设其量子人才库方面举步维艰呢？你认为我们能够缩小与中国的差距吗？或者你认为我们在未来在这个领域真的会继续挣扎吗？

嗯，美国非常缺乏STEM人才，这种情况预计在未来几年只会恶化，不幸的是。这是一个挑战，它对每个技术产业都有不利影响，而不仅仅是量子产业。

例如，许多获得《芯片法案》资金在美国建设新半导体晶圆厂的公司都在努力寻找建设和运营这些晶圆厂所需的人才。因此，我们发现这种普遍的STEM人才短缺有几个原因。一个原因是美国学生历来表现

在国家和国际标准化STEM测试中的表现非常差，并且STEM学位的完成率也相当低。美国学生在获得STEM资源和机会方面也面临着巨大的差距，这取决于社会经济地位、种族和民族以及性别。

这意味着有相当多数量的美国人可以成为STEM专业人员，但却缺乏实现其潜力的途径。另一个重要因素是，美国量子产业经常不得不与其他高知名度、高薪的技术领域（如人工智能）竞争，而这些领域的人才已经短缺。

我们还必须与其他国家竞争。事实上，大多数量子特定人才，想想那些拥有博士级专业知识的人，都在美国境外接受教育和居住。即使在美国，大多数博士级别的量子专家也是外国出生。

这是一个非常大的问题和弱点，因为我们需要人才不仅要发明和开发新的量子技术，还要成功地部署它们并确保它们得到负责任地使用。但这并不是美国独有的挑战。每个追求量子的国家，包括中国，都在努力获得合适的人才。

那么，展望未来，萨姆，除了人才之外，你如何预测美中在量子计算领域的竞争将会如何展开？哪些关键变量将决定这场竞争的结果？是的，这是个价值百万美元的问题。但我认为在接下来的

几个月和几年里，我们将看到中国和美国都将大力推动技术商业化进程，并真正努力将量子技术从实验室转移到市场。围绕量子技术有很多炒作，但它仍然是一个很大程度上是学术性和理论性的领域，没有

在应用于现实世界时能够充分发挥其潜力的确凿证据。因此，我认为目前的重点是构建足够大和稳定的量子系统，以达到生产部署阶段。

第一个做到这一点的国家，成功地将量子技术嵌入到整个社会中，将在建立市场主导地位以及制定该技术的标准和治理框架方面拥有真正的优势。

因此，我认为未来需要注意的一些事情是关注一个国家可以生产的纠错量子比特的数量。媒体倾向于只关注量子比特的数量。

来评估新型量子计算机的规模和能力。但这并不意味着它能够执行非常复杂的算法。为了实现那些最有希望的潜在应用，我们需要关注纠错率，而不仅仅是量子比特的数量。

哇，这太吸引人了。我们一直在与萨姆·豪厄尔交谈，她是美国新安全中心技术与国家安全项目的特聘副研究员。我再次想告诉我们的听众她最近报告的标题，名为《量子比特的探索：评估美中在量子计算领域的竞争》。萨姆，非常感谢你加入我们。

感谢你的邀请。