1.3 量子技术的普遍问题/挑战
可操作的量子技术的开发存在诸多问题和挑战,有理论上的、有技术上的、有商业上的、有政府层面的、有安全相关的,也有组织层面的。
1.3.1 理论层面
上文所述的量子力学的基本原理众所周知。然而,仍存在一系列不确定的领域。观察和退相干之间究竟有何关系?纠缠能够无视距离远近发挥作用的机制是什么?什么导致了量子波函数的坍塌(退相干)?有关量子力学潜在机制的论战中,哪种阐释是正确的(或者是否还有别种解释)?[25]
1.3.2 技术层面
量子系统极为微妙,须在挑战重重的条件下予以维系,避免与周围环境的各类互动,否则量子比特便会退相干。解决此问题的技术途径很多,因而造就了相关器件和组件的市场。量子器件的生产极具挑战性,尽管部分实体具备的资源和专业能力颇为可观,目前仍鲜有克服之法。解决各类问题所需开发的量子算法是又一个问题。另一个则是量子比特难以远距离传输。此问题正在得到解决(见下文2.3章节),但并非易事。
1.3.3 组织层面
许多政府、企业、大学、“智库”和专家都在尝试独立或联合开发量子技术,特别是量子计算机、算法、加密和通信领域的技术。竞争无疑刺激了发展,但与此同时,力量过于分散、缺乏统筹协调、效率相对低下。
1.3.4 成本
量子新技术的开发成本非常高,尤其当前市场规模又甚小,因而只有资金充裕的机构方能进行大规模开发。要令开发者有望取得“先发”优势,以获得未来的市场份额。投资风险亦是如此。最合适的人选是资本充足的成熟投资者和/或政府,甘冒投入大量资本的风险,能够接受等待一段时间后方可获得回报。[26]
1.3.5 劳动力
量子系统的关键组成部分更多地依赖于物理学家而非工程师,需要一支训练有素、具备专精知识的劳动力队伍。由于量子技术与传统的数字技术差异巨大,难以找到现成的熟练劳动力或专业技术知识。现已对劳动力培训进行了大幅投资,但仍需假以时日才能培养出足够的熟练工人及与之合作的科学家和管理人员。该领域目前的劳动力竞争非常激烈。[27]
1.3.6 行业政策
面对如此新颖的事物,政府在提供基础设施、支持公私伙伴关系或自行开展研究方面的作用,是决定工作模式、可销售产品及政府和安全相关应用技术的开发速度或速度低下的关键因素。如上文所述,这是私营资本的高风险领域。一些国家已推出了雄心勃勃的行业政策计划,试图对此战略技术给予一定重视,但美国的政策却是依靠市场力量推动技术发展。[28]
1.3.7 政治层面
尽管政府最近出台了有关“量子政策”的举措(第5.0章节“美国政府的量子信息科学发展政策”做了进一步讨论),但总体而言,行政部门的现任领导层(特朗普总统)并非科学、技术或专业举措的强力支持者,只对那些政治上的权宜之计(如气候问题)采取积极(或消极)态度予以应对。政府中有部分人士认识到量子技术的紧迫性,但其往往因缺乏领导力和资金、未能填补关键的科学职位而遭受挫败或拖延。与此同时,“量子”问题似乎并非只与某党、某行业或利益群体相关的政治问题,这是个好现象。[29]