Mantenere l'America al primo posto nell'informatica quantistica significa evitare questi cinque grandi errori

La signora Tech

Dopo aver visto la Cina superare il suo primato nell'intelligenza artificiale, gli Stati Uniti sono determinati a mantenere il primo posto globale nella tecnologia quantistica.

Due distinti atti legislativi presentati al Congresso aumenterebbero la spesa federale per la ricerca quantistica e incoraggerebbero più partenariati pubblico-privato nel campo. Un grande focus delle proposte legislative è sull'informatica quantistica, che potrebbe eventualmente produrre macchine che fanno sembrare il supercomputer più potente di oggi come un abaco.

A differenza delle macchine convenzionali, che elaborano i dati in bit che rappresentano entrambi 0 o uno , i computer quantistici sfruttano i bit quantistici, o qubit, che possono rappresentare entrambi i valori contemporaneamente. Mentre l'aggiunta di alcuni bit in più a un computer classico fa una modesta differenza nella sua capacità, l'aggiunta di alcuni qubit aumenta esponenzialmente la potenza di calcolo di una macchina quantistica.

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La complessa tecnologia è ancora agli albori, ma sta avanzando rapidamente (vedi I computer quantistici seri sono finalmente arrivati. Cosa ne faremo?). In futuro, la tecnologia quantistica potrebbe aiutare i ricercatori a sviluppare nuovi materiali, creare nuove molecole per farmaci e produrre sensori super potenti per cose come l'esplorazione petrolifera. La tecnologia ha anche grandi implicazioni per la sicurezza nazionale: i computer quantistici potrebbero aiutare a decifrare anche la crittografia più avanzata in uso oggi e potrebbero creare nuove reti di comunicazione praticamente indistruttibili.

C hina chiama

Altri paesi e regioni hanno già annunciato piani ambiziosi per finanziare attività quantistiche. L'Unione Europea ha lanciato un'iniziativa pluriennale sostenuta da un investimento di circa 1,2 miliardi di dollari e la Cina sta investendo 10 miliardi di dollari per creare un laboratorio nazionale per la scienza dell'informazione quantistica a Hefei, la cui apertura è prevista per il 2020.

I finanziamenti federali per la ricerca quantistica in America ammontano già a circa $ 200 milioni a $ 250 milioni all'anno. Grazie a questo supporto e agli sforzi di grandi aziende come IBM e Google, oltre a startup come Rigetti Computing e IonQ, l'America è leader in molte aree della tecnologia quantistica, inclusi i computer stessi (vedi Google pensa che sia vicino alla 'supremazia quantistica'. Ecco cosa significa veramente). Secondo Patinformatics, che tiene traccia delle famiglie di brevetti o dei gruppi di brevetti che coprono invenzioni specifiche, l'America ne detiene 800 nell'informatica quantistica, più del quadruplo della Cina.

Ma la Cina sta avanzando rapidamente, in particolare nella comunicazione quantistica: ha già dimostrato una videochiamata quantistica tra Pechino e Vienna, utilizzando un satellite speciale. E sta avanzando rapidamente nella crittografia quantistica: i dati di Patinformatica mostrano che la Cina ha superato gli Stati Uniti su questo tipo di famiglia di brevetti nel 2014. Ciò non significa necessariamente che la tecnologia del paese sia migliore, ma è certamente un segno della velocità con cui si sta evolvendo la sua esperienza.

Chad Rigetti, CEO di Rigetti Computing, che è un forte sostenitore degli sforzi per creare un piano quantistico nazionale degli Stati Uniti, osserva che nell'IA la Cina ha iniziato riproducendo molti degli stessi risultati raggiunti dai ricercatori statunitensi e poi ha utilizzato l'esperienza per sviluppare un'IA forza lavoro che ora sta producendo molte idee innovative. Rigetti vede avanzare velocemente il Paese anche nel suo stesso campo. Non ho dubbi che lo stesso playbook venga applicato al quantum, dice.

Un doppione quantistico

I politici statunitensi hanno lavorato sulla legislazione tenendo presente questa nascente rivalità. Un progetto di legge chiamato Quantum Computing Research Act, recentemente presentato da Kamala Harris, una senatrice democratica della California, richiederebbe ai capi della ricerca della Marina e dell'esercito di istituire consorzi di ricerca pubblico-privato per progetti quantistici. Questi dureranno fino al 2024 e riceveranno un importo non specificato di finanziamenti governativi.

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Un altro disegno di legge è stato elaborato da Lamar Smith, il presidente repubblicano della Commissione per la scienza, lo spazio e la tecnologia della Camera. La bozza del National Quantum Initiative Act non è stata ancora pubblicata, ma Smith ha pubblicato le linee generali in un comunicato stampa . Tra le altre cose, autorizzerebbe il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti a creare una serie di centri di ricerca in cui fisici, ingegneri ed esperti di software possono lavorare insieme su progetti. Incaricherà anche l'Ufficio per la politica scientifica e tecnologica della Casa Bianca di creare un pannello per supervisionare gli sforzi federali.

In definitiva, questi progetti di legge e qualsiasi altra iniziativa dovranno essere fusi in un piano generale degli Stati Uniti. Ecco alcuni degli errori che i responsabili politici devono evitare se vogliono che il piano abbia successo:

• Mettere al comando i militari. Il disegno di legge di Harris mira a mettere il Segretario alla Difesa a capo di un'iniziativa quantistica, in coordinamento con l'OSTP della Casa Bianca. Ciò porterebbe quasi certamente a un'attenzione troppo ristretta su aree come la crittografia quantistica e la comunicazione. Questi sono importanti, ma la tecnologia quantistica promette vantaggi molto più ampi e il piano nazionale dovrebbe rifletterlo. Sebbene le comunità militari e di intelligence dovrebbero avere molti input data la loro lunga esperienza nella tecnologia quantistica, non dovrebbero dettare la strategia generale.

• Essere eccessivamente prescrittivi su ciò che viene finanziato. La tecnologia quantistica sta cambiando così velocemente che qualsiasi iniziativa nazionale deve essere flessibile: le risorse dovranno essere trasferite a progetti diversi man mano che il campo si evolve. È probabile che entrambi i piani Harris e Smith lascino un ragionevole margine di manovra per questo, il che è incoraggiante.

• Investimenti insufficienti nello sviluppo della forza lavoro. Potenziare la forza lavoro quantistica americana dovrebbe essere una priorità assoluta, perché c'è una grande carenza di talenti nel campo e non solo per la costruzione di macchine quantistiche. È davvero difficile assumere sviluppatori in grado di compilare software da eseguire su circuiti quantistici, afferma Christopher Monroe, professore all'Università del Maryland e cofondatore di IonQ. Secondo il comunicato stampa di Smith, il suo disegno di legge autorizzerebbe la National Science Foundation a creare centri di ricerca e corsi per aiutare a sviluppare il talento quantistico. Il disegno di legge Harris non menziona affatto l'istruzione.

• Investimenti eccessivi in ​​tutto quanto. Un gruppo di accademici e dirigenti, tra cui Rigetti e Monroe, ha pubblicato un documento all'inizio di quest'anno chiedendo un budget complessivo di 800 milioni di dollari in un periodo iniziale di cinque anni per coprire gli sforzi di ricerca e lo sviluppo della forza lavoro. Ciò raddoppierebbe quasi l'investimento federale annuale esistente nel campo.
  
  Né il conto di Harris né il comunicato stampa di Smith menzionano importi specifici. Ma un assistente del comitato della Camera afferma che il suo pensiero attuale include $ 50 milioni all'anno per l'NSF e $ 125 milioni all'anno per i centri del DoE in cinque anni, il che corrisponderebbe a circa il numero raccomandato da accademici e leader aziendali. Il piano Smith prevede ulteriori 80 milioni di dollari all'anno per il lavoro svolto dal National Institute of Standards and Technology sulla definizione di standard quantistici e altre questioni, portando l'investimento totale a quasi 1,3 miliardi di dollari. Forse il lavoro del NIST vale tutti quei soldi in più, ma il suo caso dovrebbe essere esaminato attentamente.
  
  Qualunque sia il numero finalmente scelto, gli amministratori del piano dovranno assicurarsi che il denaro non sia distribuito troppo sottile e non sovvenzioni il lavoro che il settore privato avrebbe comunque svolto.

• Scambiando l'America prima solo per l'America. L'America non ha il monopolio dell'esperienza nell'informatica quantistica, quindi è importante che qualsiasi piano incoraggi la cooperazione internazionale con altri centri di eccellenza, come Canada, Australia ed Europa. C'è anche un caso per collaborare con ricercatori cinesi in campi non sensibili. L'attuale occupante della Casa Bianca potrebbe non essere così entusiasta della Cina - o del Canada (scusate, signor Trudeau) - ma questo non dovrebbe essere un motivo per rifiutare la collaborazione in questo campo vitale. L'America ha bisogno di un piano nazionale per l'informatica quantistica, ma ha anche bisogno di una mentalità globale per farlo funzionare davvero.
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