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美國量子計算研究面臨政策風險

中國已投入至少150億美元用于發展量子計算能力。

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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算任務。電池能夠秒充電。藥物研發、加密和解密以及機器學習變得更快。這都是量子計算帶來的無數種可能性。量子計算利用物理學原理進行計算,計算速度遠遠超過最強大的傳統計算機。量子計算能否成功都取決于美國的研究,因為美國是全球量子計算領域無可爭議的領導者。

美國是如何成為這項技術革命的中心的?這不是偶然發生的。得益于鼓勵科學家和企業家將學術研究商業化的政策環境,量子計算和世界一流的美國研究型大學相輔相成,攜手成長。

美國領先的秘訣

以我們的量子計算公司IonQ為例。2015年,作為來自杜克大學(Duke)和馬里蘭大學(University of Maryland)的工程學和物理學教授,我們利用自己的研究創建了IonQ公司,其資金主要來自美國國防部(Defense Department)和美國情報高級研究項目署(Intelligence Advanced Research Projects Activity,IARPA)的資助。后者是一家政府機構,主要投資于情報領域的尖端技術。我們還獲得了美國國家科學基金會(National Science Foundation)、美國國家標準與技術研究院(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,在科利奇帕克建設了一座占地23,000平方英尺的中心,用于放置我們最先進的量子設備。次年,IonQ在首次公開募股后估值達到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,我們的成功還要歸功于杜克大學和馬里蘭大學對我們的量子研究的投資。馬里蘭大學號稱在其與美國國家標準與技術研究院共建的一家聯合研究機構,擁有200多名量子研究員,包括一名諾貝爾獎得主,并發放了100多個物理學專業量子研究方向的博士學位。杜克大學最近建立了全球唯一的“垂直”量子計算中心,該中心的研發領域,從組裝單個原子到建造電子控制器,再到設計量子算法和應用,涵蓋了量子計算的每一個階段。

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,這一切就不可能實現。在該法案通過之前,獲得任何金額聯邦資助的學術研究所產生的發明專利,歸聯邦政府所有。然而,政府卻沒有能力進一步開發高校取得的技術突破,因此絕大多數專利被束之高閣。

《拜杜法案》允許高校擁有其科學家的發明專利,這產生了重要影響。學術機構突然受到激勵,紛紛將這些專利授權給私營行業,由后者將專利轉換成具有巨大價值的商品和服務,同時鼓勵發明這些專利的研究人員創業。

《拜杜法案》面臨風險

很可惜,聯邦政府可能很快削弱拜杜體系 —— 這可能嚴重阻礙量子計算領域取得新進展。拜登政府最近宣布,計劃動用該法案的“介入”條款,如果“目前向公眾出售的產品……價格不合理”,將對在政府資助下開發的發明實施價格管制。這種理念源于忽視了創業和商業化的核心價值:雖然創意在高校內利用聯邦資金經過構思和測試,但被許可方需要投入大量的努力,將這些創意和專利轉化成有用的產品和服務。

濫用介入條款不會使消費者或其他人更容易使用新技術,而是會適得其反。降低將這些創意轉化為成功的、實用的產品所需要的投資的價值,可能讓私營公司從一開始就不愿意承擔風險許可高校的研究。

這對量子計算研發的寒蟬效應,會嚴重破壞美國的國家安全。我們的項目之所以能從國防和情報部門獲得充足的資金,有充分的理由。量子計算可能很快成為密碼破譯和大型計算機網絡防御網絡攻擊的黃金標準技術。

采用擬定的介入框架,還會嚴重影響美國未來的經濟穩定。雖然目前量子計算仍處于萌芽階段,但其快速處理海量數據的能力,將在未來幾十年內帶來商業革命。未來在自動駕駛汽車等領域,量子計算可能是捕捉人工智能和機器學習所需要的復雜性的唯一途徑。量子計算可支持公司以前所未有的準確度,完善他們的供應鏈和其他后勤業務,如制造等。它還有可能會顛覆金融業,支持投資組合經理創建優秀的新投資算法和策略。

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

好在美國迄今為止在量子計算領域依舊具有明顯優勢。美國高校吸引的頂級專家和業內領導者,遠遠超過其他國家(包括中國)的高校。美國源于大學創新的創業文化,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,鼓勵冒險和創業。

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算領域的領先地位,將變成未知數。這可能對美國的國家安全和經濟未來產生毀滅性的二級影響。計算機科學家、普通民眾和情報與國防部門,只能寄希望于聯邦政府官員能三思而行。(財富中文網)

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

翻譯:劉進龍

審校:汪皓

處理器眨眼間就能完成超級計算任務。電池能夠秒充電。藥物研發、加密和解密以及機器學習變得更快。這都是量子計算帶來的無數種可能性。量子計算利用物理學原理進行計算,計算速度遠遠超過最強大的傳統計算機。量子計算能否成功都取決于美國的研究,因為美國是全球量子計算領域無可爭議的領導者。

美國是如何成為這項技術革命的中心的?這不是偶然發生的。得益于鼓勵科學家和企業家將學術研究商業化的政策環境,量子計算和世界一流的美國研究型大學相輔相成,攜手成長。

美國領先的秘訣

以我們的量子計算公司IonQ為例。2015年,作為來自杜克大學(Duke)和馬里蘭大學(University of Maryland)的工程學和物理學教授,我們利用自己的研究創建了IonQ公司,其資金主要來自美國國防部(Defense Department)和美國情報高級研究項目署(Intelligence Advanced Research Projects Activity,IARPA)的資助。后者是一家政府機構,主要投資于情報領域的尖端技術。我們還獲得了美國國家科學基金會(National Science Foundation)、美國國家標準與技術研究院(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,在科利奇帕克建設了一座占地23,000平方英尺的中心,用于放置我們最先進的量子設備。次年,IonQ在首次公開募股后估值達到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,我們的成功還要歸功于杜克大學和馬里蘭大學對我們的量子研究的投資。馬里蘭大學號稱在其與美國國家標準與技術研究院共建的一家聯合研究機構,擁有200多名量子研究員,包括一名諾貝爾獎得主,并發放了100多個物理學專業量子研究方向的博士學位。杜克大學最近建立了全球唯一的“垂直”量子計算中心,該中心的研發領域,從組裝單個原子到建造電子控制器,再到設計量子算法和應用,涵蓋了量子計算的每一個階段。

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,這一切就不可能實現。在該法案通過之前,獲得任何金額聯邦資助的學術研究所產生的發明專利,歸聯邦政府所有。然而,政府卻沒有能力進一步開發高校取得的技術突破,因此絕大多數專利被束之高閣。

《拜杜法案》允許高校擁有其科學家的發明專利,這產生了重要影響。學術機構突然受到激勵,紛紛將這些專利授權給私營行業,由后者將專利轉換成具有巨大價值的商品和服務,同時鼓勵發明這些專利的研究人員創業。

《拜杜法案》面臨風險

很可惜,聯邦政府可能很快削弱拜杜體系 —— 這可能嚴重阻礙量子計算領域取得新進展。拜登政府最近宣布,計劃動用該法案的“介入”條款,如果“目前向公眾出售的產品……價格不合理”,將對在政府資助下開發的發明實施價格管制。這種理念源于忽視了創業和商業化的核心價值:雖然創意在高校內利用聯邦資金經過構思和測試,但被許可方需要投入大量的努力,將這些創意和專利轉化成有用的產品和服務。

濫用介入條款不會使消費者或其他人更容易使用新技術,而是會適得其反。降低將這些創意轉化為成功的、實用的產品所需要的投資的價值,可能讓私營公司從一開始就不愿意承擔風險許可高校的研究。

這對量子計算研發的寒蟬效應,會嚴重破壞美國的國家安全。我們的項目之所以能從國防和情報部門獲得充足的資金,有充分的理由。量子計算可能很快成為密碼破譯和大型計算機網絡防御網絡攻擊的黃金標準技術。

采用擬定的介入框架,還會嚴重影響美國未來的經濟穩定。雖然目前量子計算仍處于萌芽階段,但其快速處理海量數據的能力,將在未來幾十年內帶來商業革命。未來在自動駕駛汽車等領域,量子計算可能是捕捉人工智能和機器學習所需要的復雜性的唯一途徑。量子計算可支持公司以前所未有的準確度,完善他們的供應鏈和其他后勤業務,如制造等。它還有可能會顛覆金融業,支持投資組合經理創建優秀的新投資算法和策略。

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

好在美國迄今為止在量子計算領域依舊具有明顯優勢。美國高校吸引的頂級專家和業內領導者,遠遠超過其他國家(包括中國)的高校。美國源于大學創新的創業文化,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,鼓勵冒險和創業。

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算領域的領先地位,將變成未知數。這可能對美國的國家安全和經濟未來產生毀滅性的二級影響。計算機科學家、普通民眾和情報與國防部門,只能寄希望于聯邦政府官員能三思而行。(財富中文網)

本文作者金正相為杜克大學電子與計算機工程和物理學專業教授。克里斯托弗·門羅為杜克大學和馬里蘭大學科利奇帕克分校電子與計算機工程和物理學專業教授。2015年,他們共同創立的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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