量子信息科學戰開打了

美國白宮科技政策辦公室(Office of Science and Technology Policy；OSTP)國家科學技術委員會(National Science and Technology Council；NSTC)於9月24日發佈《量子資訊科學國家戰略概述》(National Strategic Overview for Quantum Information Science)(以下簡稱《概述》)。

這是一個涵蓋面極廣、時間長達10年的大型、長期國家級計畫。據我所知，這是自1957年蘇聯發射史潑尼克1號衛星美國大規模動員之後的另一次總動員。什麼事觸發了這樣大規模總動員？卻是另一顆衛星－大陸於2016年發射的墨子衛星－以及前後相關的事件，譬如2017年的中、奧量子視訊會議；北京、濟南、合肥、上海4城市之間長達2000公里的量子通訊骨幹；設於合肥投資高達100億美金的量子計算中心等。這些事件觸發了美國國家安全的警鈴。

為什麼量子信息科學(Quantum Information Science；QIS)事關國安？量子信息科學大致包括4個領域：量子計算、量子通訊、量子傳感(quantum sensing)、量子元件(quantum device)與量子原理。第4項是基礎原理與實施設備，前3項卻都與國安有密切關係。

量子計算第一個有用的演算法Shor’s algorithm是用來執行質因數分解的，而質因數分解困難是現在通訊系統中用以保護通訊密鑰的。別以為它與你無關，你每天可能使用通訊密鑰幾百幾千次。量子通訊則因為量子信息不可複製，量子通訊是不可破解的。量子傳感則與精密全球定位有關。在信息的攻防戰中，量子計算是茅，量子通訊是盾。現在的狀況是美國有茅，大陸有盾。但是若大陸也做出茅呢？

國安的確是此次《概要》的主題。量子計算雖是量子信息的大宗，但是在《概要》中反而較少被提及，因為美國領先。但是quantum-resistant這個字眼反覆出現－這是抗量子計算解密的加密方法，也是量子通訊的主要目的。另外，在《概要》的第8章標題“Maintaining national security and economic growth”，國安為先，雖然《概要》舉的大旗是「科學優先(science first)」。

有幾點相當有趣，值得觀察。第一個是動員之廣、著力之深，前所罕見。有10幾個部會、機構參與此長期計劃，此外新設國家科技委員會量子信息小組(NSTC Subcommittee on Quantum Information Science；SCQIS)專職推動、協調。而關於量子科學教育，甚至要深入小學。這一點值得讓正在訂定台灣課綱的人想想，當另外的國家紛紛讓編輯程式、學習量子科學入小學課綱時，我們在做什麼？

《概要》中要提供學生實習機會，卻限制predominantly for US person，但又要講國際合作，明白昭顯對抗的目標。另外設立TRIPLETS計劃以獎勵產學合作。產學合作聽似老生常談，但在今日卻有更深刻的意義，因為科學與科技的時差如此之近，已無由區分，也不是產業將研發計劃外包給學術機構這種老掉牙的手法可以達標。建議主管科技預算的各部會看一看人家怎麼做吧！這不僅限於量子信息科學，對於其它產業也適用。前一陣子有家科技大廠任命教授為科技長，我為之擊節讚賞，這是這個年代的新思維、新策略。

美國與大陸自貿易戰延伸到科技的競爭，這像是逐漸要升級到整體戰略對抗。兩隻大象打架沒人管的了，但是在量子信息科學所需的基礎技術如低溫學、光子學、低雜訊微波放大器和奈米加工等台灣並不是全無著力處，怎樣整合產官學的資源和力量，營造出自己切入新世代科技的生態與機會，這是管戰略的人要仔細想一想的。