美国财团将生态系统引入量子

量子计算有望解决经典计算机无法解决的复杂问题，并在人类合理的时间内完成。问题是量子计算机仍处于早期发展阶段。目前还不清楚这些计算机是否能实现这一承诺。

尽管存在不确定性，但没有人愿意落在后面。这包括政府和学术机构，他们担心即使是最安全的密码也可能遭到黑客攻击。它还包括希望开发新材料的公司，以及硬件和软件公司，它们的供应链和各种贸易组织。

美国政府正在培育量子计算作为一个典型技术轨迹上的新兴产业的想法，而美国希望主导这一轨迹。《国家量子倡议法案》于2018年12月成为法律，但在此之前，美国商务部国家标准与技术研究所(NIST)与非营利组织SRI International(加利福尼亚州门洛帕克)签署了一项合作研发协议，以运营一个美国财团，帮助启动美国量子计划量子计算行业。

该组织被称为量子经济发展联盟(QEDC或QED-C)，由对建设美国量子产业感兴趣的公共和私人实体组成。该小组正在帮助确定市场和用例，鼓励和参与研究，并建立度量标准和量子劳动力。支持这项工作的政府机构包括NIST、国家科学基金会(NSF)、国防部(DoD)和能源部(DoE)。

在量子计算领域获得早期优势被视为一个国家安全问题，因为理论上一台完全工作的量子计算机可以轻松破解任何加密。随着中国和俄罗斯等国努力发展量子计算机，对美国量子计算产业的支持在国会获得了两党支持。在2020财年，美国拟议的量子研发资金为4.3亿美元，将分布在NIST、NSF、DoE和DoD。由美国国家科学基金会(NSF)和美国能源部(DoE)运营，在美国国内建立10个具有竞争力的研究中心。

QED-C成员资格现在向工业界、学术界和政府机构开放。它的成员名单已经很强大，有60多家实体，包括亚马逊、谷歌、ARM、AT&T、波音、花旗、IBM、英特尔、Keysight、KLA、洛克希德·马丁、霍尼韦尔、Microchip/Microsemi。在最近的SEMICON West会议上，SEMI通过新闻午餐、两小时的技术演讲和IBM Q量子计算机的展示来支持QED-C。

图1:IBM的Q量子计算机。任何人都可以使用那台电脑穿过云层。IBM有一个开源软件框架，可以帮助将量子处理应用于商业和科学应用。其他量子计算机可以通过谷歌获得。图片来源:苏珊·兰博/半导体工程

根据众多专家和研究人员的说法，第一个集成电路是模拟电路，但量子计算似乎正在成为有用的东西。这种利用量子力学特性来快速计算大型复杂问题的解决方案的实验计算有望遵循与半导体行业类似的路线。

QED-C的功能是帮助推动量子成为主流。政府将支持前端的基础研发，而行业将建立供应链，确保可制造性、测试和评估。但是，在技术成熟一点之后，工业界的参与就开始了。

QED-C副主任西莉亚·默兹巴赫(Celia Merzbacher)说:“中间是通常被称为死亡谷的地方。”“在这个领域，你要把东西从发现阶段带到原型阶段，然后把它做成产品，你要做原型，证明某些东西确实有潜在的价值。这就是QED-C的定位。”

图2:量子研发连续体中的死亡谷是粉红色的箭头，这是QED-C集中精力的地方。资料来源:QED-C/SRI国际公司

因此，供应链是QED-C的一大关注点。使能技术仍然需要开发，这也是QED-C参加SEMICON West/ES Design West的部分原因，该展会汇集了半导体行业的设计、测试和供应链。到目前为止，量子系统都是拼凑在一起的。QED-C执行董事、SRI国际应用科学副总裁约瑟夫·布罗兹(Joseph Broz)说:“对于今天一个典型的量子发展——比如一个五年的发展——前三年都在寻找适合目的的设备。”“为了创造某种量子设备，你需要花一年的时间获取数据，然后花一年的时间弄清楚数据的含义，这是不可持续的。我们需要把最初的三年缩短到三个月。”

QED-C希望供应链知道，现在是加入量子计算竞赛的时候了。在最近的SEMICON West上，它的部分任务是传播信息，传播量子信息科学，并使供应链成为可能。

“量子设备现在已经从技术优势坚实地转向了工程实用性，”Broz说。“在传感、通信和计算领域，目前存在的嘈杂的中等规模量子设备的前景和机会非常突出。”Broz指出IBM在会议上展示了它的20量子位计算机。“将其扩展到商业层面正是这个联盟的目的。”

关键是要提升所有的使能技术。他说:“这包括光刻、平面化、蚀刻——所有这些公司所代表的不同工艺。”“确保可扩展性和可承受性是接下来必须发生的两个非常重要的问题。”

量子跳跃
QED-C代表使用波士顿咨询集团的数据表示，与量子计算相关的市场将分三个阶段增长。第一阶段将在未来五年内进行，在未来五年内将产生20亿至50亿美元的营业收入。这被认为是有噪声的中尺度量子(NISQ)阶段，在这个阶段中，误差减缓将是需要解决的最大障碍。

在大约10年的时间里，营业收入将增加到250亿美元至500亿美元，在此期间，错误仍将是一个焦点。当全面容错和模块化架构可用时，市场将在大约20年内达到4500亿至8500亿美元。据Inside quantum Technology称，到2025年，通信和量子传感都可能每年带来16亿美元的收入。

图3:量子密钥分发(QKD)和量子传感市场的时机。资料来源:Inside Quantum TEchnology/QED-C/SRI International

“量子技术将加速和改进所有围绕传感、通信和计算的技术。所以这代表着巨大的潜力。但与此同时，它也代表着巨大的风险，”为量子计算编写算法的QC Ware业务开发主管Yianni Gamvros表示。

“量子在这里，量子在现在。这不是未来。它看起来很有未来感，但它在很大程度上取决于我们。”将量子计算机扩展到商业水平“正是这个联盟的目标”。和其他许多人一样，他认为现有的半导体供应链也将从这项技术中获得丰厚利润。

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