以下是战略与国际研究中心 2024 年 2 月 14 日研究报告的一部分，“优化美国对关键和新兴技术的出口管制——与合作伙伴合作”。
从根本上说，量子技术旨在利用量子物理学研究人员发现的物质和能量的自然特性。 量子理论的起源可以追溯到1900年，然而，它的应用一直难以实现。 然而，最近的关注已将量子推向了最前沿，美国政策制定者正在寻找应对风险并获得与新潜在能力相关的优势的策略。 传统信息科学涉及："位"，可以是 0 或 1 的二进制值。
传统计算机已经变得极其复杂，但它们的基本信息载体仍然是比特。 在量子信息科学中，信息的基本载体是量子比特。 量子比特是"概率，它可以以叠加状态存在，其中量子比特同时处于 0 和 1 状态"。量子比特的另一个重要特性是："纠缠"，即"一个量子比特的状态取决于另一个量子比特的状态"相互关联的功能。
量子技术包括对世界产生影响的三个领域：量子计算、量子通信和密码学以及量子传感。 关于量子技术的潜力，众说纷纭; 有人说量子技术为增强当前的军事能力提供了机会，而另一些人则认为量子技术完全代表了"战争的新维度"。然而，它们有可能增强军事系统，并对公钥密码学等数字安全架构构成直接威胁。 许多安全专家认为人工智能对***构成威胁，因为它在军事应用中非常有用; 量子计算机具有更强的计算能力，可以应用于人工智能算法，以更有效地分析机器学习所需的庞大数据集。
首先，引入了量子密钥分发，它依赖于量子属性在数据传输时对其进行加密。 这种加密方法是在传输过程中利用量子纠缠实现的"理论上的不可穿透性"。然而，情况仍然如此"一个非常活跃的研究领域"，则在新生系统中发现了漏洞。 根据美国国会研究服务局的说法，量子传感可以"从理论上讲，可以使用替代定位、导航和授时选项，使军队能够在 GPS 降级或被 GPS 拒绝的环境中继续满负荷运行"。它在情报、监视和侦察领域也有非常有用的应用。 同一份报告还指出，量子传感器可以帮助军事探测"地下结构或核材料"和电磁辐射，从而大大增强了信息收集操作。 此外，通过先进的水下探测和跟踪能力，量子传感有可能破坏具有核能力的潜艇"几乎看不见"地位。
量子计算链是全球性的; 生产原型和产品的公司与外国有多种依赖关系。 首先，由于量子技术刚刚起步，对其输入的需求非常低，导致商数较少。 由于量子信息与传统信息有着根本的不同，因此需要新的软件来连接消费者和量子技术应用。 到目前为止，这项工作主要集中在量子计算上。 几家公司提供基于云的量子计算机访问服务，并开发了将经典计算输入转换为量子计算机可解释输入的软件。
固件
最好的描述是编写硬件设备以控制其基本功能的基本编程。 这是量子计算的另一个挑战，传统固件不适合。 固件对于任何计算机都是必不可少的，但它在量子计算中具有更高的用途：纠错。 量子比特容易出错，这是美国物理学会的估计"目前，超导系统中的量子比特错误率约为 05%"。要知道，错误率大于01%，量子计算机就会失败。 纠错是量子计算的一大障碍，研究工作主要在学术环境中进行。 2021 年，总部位于美国的霍尼韦尔宣布可以"实时"执行量子纠错。
根据兰德公司的一份报告，量子纠错输入的**链主要流经欧洲，其他组件来自加拿大、俄罗斯、澳大利亚、东北亚和东南亚。 **该链的关键节点包括：德国的 Toptica Photonics 和澳大利亚的 Moglabs（生产激光二极管）; 瑞典低噪声工厂（生产高电子迁移率晶体管放大器）; 以及芬兰、英国和荷兰的几家公司（生产运行量子计算机所需的强大稀释冷却器）。
荷兰公司ASML也是量子链的一部分，其先进的光刻系统对于量子输入至关重要。 然而，中国在量子链中的参与度很高，主要是通过现成的商业组件（COTS），如电子、光学、原材料和转换器。 美国问责局关于量子计算的一份报告指出，中国在量子计算和通信技术中主导着稀土组件，中国"2016年至2019年间，它占美国稀土元素进口量的80%。 "兰德公司的报告分析了来自专利申请、风险投资和展示能力的证据，发现美国和中国在这三个领域的量子通信研究方面都处于全球领先地位。 这些差异与研发资金有关。
美国的研究是由私营公司推动的，其中绝大多数都专注于计算。 中国的研发几乎完全由**资助的实验室进行，这些实验室在量子通信技术方面取得了无与伦比的投资，取得了快速进展。 当涉及到所有三个量子领域的学术合作研究时，美国和欧洲的大学往往在高引用的研究出版物中占据主导地位。 然而，也有少数中国机构，其中最著名的是清华大学的科学家，他们与美国和欧洲的团队合作发表了这些论文**。
总的来说，目前质量技术领域的特点是美国和中国的领先地位，**链依赖于欧盟内部的企业。
各国开始将重大投资和经济保护措施纳入其质量和技术能力发展战略。 2022 年 5 月 4 日，拜登发布了具有里程碑意义的备忘录，内容涉及促进美国在量子计算领域的领导地位，同时降低易受攻击的密码系统的风险。 该备忘录特别呼吁美国积极参与量子计算和量子信息科学"在竞争中保持领先地位"。几个月后，《芯片和科学法案》签署成为法律，其中包含一些有助于实现愿景的工具。 其中包括美国能源部对新计划的资金大幅增加：量子网络基础设施研发计划、量子技术用户扩展计划和计算机科学研究生奖学金计划。 美国的这笔赠款还旨在扩大美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology）的量子研究范围，并改革美国国家科学院（National Academy of Sciences）的量子活动，以提高其培养未来量子领导者的能力。 除投资外，美国**还正在将对有关国家设置壁垒制度化。
2023 年 9 月，美国商务部发布了《芯片法案》的最终监管框架，其中明确规定不得使用资金"令人担忧的国家"。专为量子信息系统设计"的半导体也是受限制的技术之一。 这项政策虽然微不足道，但表明了商务部希望以与半导体出口管制相同的方式阻止量子技术进入中国。
中国已经实施了明确政策，明确量子技术的发展也是重中之重。 ** 量子技术已与空间能力和能力相结合"铝"这些技术一起被列为关键战略技术。 如上所述，中国在量子技术领域投入的资金最多。 麦肯锡指出，这项投资"它刺激了十几家中国量子技术研究机构的发展"。艾登**在《关于美国在相关国家投资某些技术和产品的行政命令》中提出了有针对性的外国投资限制，但应谨慎使用，以免扼杀美国及其盟国的量子产业，因为至少在某些领域，美国及其盟国的量子产业可能已经落后于中国。
矛盾的是，量子技术仍处于起步阶段，这个新兴领域的瓶颈比其他一些价值链更成熟、地理位置更多样化的领域更容易识别。 激光二极管、稀释冷却器和光学光刻工具等项目仍掌握在与美国关系密切的国家的少数公司手中。 因此，随着技术变得更加成熟，美国应与这些国家和公司保持定期对话，以建设能力并协调未来可能的出口限制。
鉴于该行业才刚刚起步，美国应该专注于改进国内的量子技术。
能力。 这些努力的一个关键方面是培训和吸引该行业的技术工人。
*： “优化美国对关键和新兴技术的出口管制——与合作伙伴合作” 2024 年 2 月 14 日 战略与国际研究中心 作者：William Alan Reinsch、Thibault Denamiel 和 Matthew Schleich