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印度的量子野心

光子盒2020-09-18 15:19发文

光子盒研究院出品

在现代科学的历史长河中,印度的存在感很弱,但在量子力学历史上,也有玻色这样的杰出人物,著名的玻色子以他的名字命名。如今,随着人类社会进入了第二次量子革命,印度也成为不可忽视的一股力量。

就在上个月,印度理工学院(IIT)校友会与莫斯科罗蒙诺索夫国立大学和俄罗斯软件公司签署了一项协议,将在印度建造世界上最大、速度最快的混合量子计算机。

印度已经毫不掩饰在量子信息技术领域的野心。

借助外力,与美国欧洲多方合作

美国IT业高层多是印度裔,包括IBM和谷歌的CEO。而今,印度裔科学家Saikat Guha被任命为亚利桑那大学量子网络中心(CQN)的主任,CQN从美国国家科学基金会获得了2600万美元的资助,负责开发未来的量子互联网。

Saikat Guha来自印度的巴特那,2002年考入IIT,然后前往美国。他在MIT获得了硕士和博士学位。

十几年后,微软来到Saikat的家乡巴特那组织了一次量子计算培训,旨在帮助印度学术界建立量子计算能力。该项目通过印度重要研究所的电子和信息通信技术学院,培训来自印度各地大学和研究所的900名教师,其中包括巴特那国立理工学院、印度理工学院。

在量子计算领域,印度属于后发者,正借助外力来发展本国的量子计算。在2020年6月的印度量子技术秘密会议(IQTC2020)上,印度联合商会(ASSOCHAM)组织了关于寻求印度“量子霸权”的网络研讨会。

与会者讨论了印度量子技术发展的未来战略和路线图,美国是主要参与者之一,会上有来自印度和国外的公共部门、私营部门、工业界和学术界的知名人士,包括IBM、微软、霍尼韦尔量子解决方案公司、新加坡国立大学量子技术中心。

印度量子计算的发展仰赖美国的同时,也在开展多方合作。8月26日,IIT校友会宣布将与俄罗斯合作建造世界上最大、最快的混合量子计算机。

根据签署的协议,莫斯科罗蒙诺索夫国立大学和软件开发外包公司Russoft将把低温学、密码学和模块化云管理技术的关键模块转让给IIT校友会。IIT旨在从全球主要参与者那里汇集关键技术,下一步将在印度建造世界上最大、速度最快的混合量子计算机。

印度的量子野心

这些技术将用于支持解决医疗、农业、运输和物流、污染和天气预报等领域的基础设施挑战的解决方案。

IIT校友会主席Ravi Sharma说:“量子计算机将比印度最大的超级计算机快几百万倍,还将使基因组测试的成本从每样本超过10万英镑降低到1000英镑以下。”

不止美国和俄罗斯,印度对中国学术界也持开放态度。2020年拉曼研究所(RRI)组织的一次关于量子前沿和基本原理(QFF)的国际会议,邀请潘建伟院士举办讲座。该会议通过共享量子计算的最新研究进展,弥合学术界和工业界之间的差距。

印度量子技术的现状,相对落后

与其他国家相比,印度对量子计算领域相当陌生,拉曼研究所(印度最早从事该领域研究的机构之一)的物理学家Urbasi Sinha说,很长一段时间以来,印度并没有真正认识到量子相关研究的潜力。

IBM的印度裔CEO Arvind Krishna在2019年的一次采访中表示,他没有看到任何印度初创企业在量子计算领域积极工作。

印度政府表现对量子计算的重视,是在2017年。当时印度科技部发起了一项新的定向研究项目“量子信息科学与技术”(QuST)。科技部认为,QuST有望彻底改变未来的计算和通信系统,这将最终对国家和整个社会产生巨大的影响。

QuST的总体目标:

量子计算机的开发和演示;

量子通信和密码学的发展和演示;

量子增强和激发技术的发展;

发展先进的数学量子技术、算法和量子信息系统理论。

项目通过招投标方式开展,面向学术、研究机构和注册科学协会的院士、科学家、技术人员和其他研究人员。据科技部透露,截至2018年,印度全国共有近百个量子研究小组,博士研究生100余人。

印度集全国之力,希望用3到5年时间制造基于门的4 qubit量子计算机,实现4个比特的量子纠缠态以及量子算法。在量子通信领域,演示量子隐形传态,远程态制备,量子密集编码;两地之间量子密钥生成的演示及其安全性分析。

项目期限为3年,可延长至5年,具体取决于QuST计划的总体进度。但是预算只有3年2790万美元,印度急需追加预算。

2019年,印度科技部在南部城市海得拉巴的一个研究所设立了一个名为“量子使能科学与技术(QuEST)”的研究项目,获得3年8亿卢比(约1100万美元)的资助。

同时,印度科学研究所(IISc)发布一份量子技术倡议,希望用至少3年时间制造8个量子比特的超导transmon处理器,建立校园范围的量子通信网络,量子优势证明和量子模拟的新算法,后量子密码和量子安全通信协议,等等。具体投入未披露。

与其他国家相比,印度在量子技术领域的投资十分有限,这是他们落后的原因之一。印度才刚刚开始研究,但像IBM和谷歌这样的私营公司已经在为量子霸权而战,亚马逊和微软也已经在为量子计算提供云服务。

2020年之前,印度在研究量子计算或量子技术方面没有一致的倡议。比如,印度空间研究组织(ISRO)正在研究用于量子通信的卫星。他们有不同的独立小组在全国各地工作,但在诸如量子隐形传态的实现方面却很少。虽然也有一些量子密钥分发实验,但离实现量子簇状态、分布式网络协议和地-空量子密钥分发还有一段距离。

2016年中国发射了第一颗量子通信卫星,今年美国能源部也发布了量子互联网的蓝图,而印度在这一领域没有任何突破性的研究。

进入2020年,印度政府意识到发展量子技术的紧迫性,并试图改变相对落后的现状。

800亿卢比量子计划,紧追美国

2020年3月,印度财政部长Nirmala Sitharaman在政府2020年预算中宣布了一项国家量子技术与应用任务(NM-QTA),任务为期五年,总预算支出为800亿卢比(约11亿美元),由科技部(DST)实施。

相比印度政府在过去五年里量子计算研究的预算2790万美元,投入增加了40倍。

印度在该领域的大量投资使其与中美欧并驾齐驱。2016年欧盟委员会宣布为量子计算项目提供10亿欧元(11.8亿美元)的资金。2018年美国总统特朗普签署法案,承诺在5年内投资12亿美元用于国家量子计划。与此同时,中国多年来已经承诺投入20多亿美元用于量子研究。

印度科技部长Harsh Vardhan说:“NM-QTA将会促进量子技术和相关领域的研发,例如量子计算、量子密码学、量子通信、量子计量与传感、量子增强成像等,我相信,DST将把这一尖端技术的成果带给老百姓,让国家感到骄傲。”

印度的量子野心

科技部秘书长Ashutosh Sharma指出,这项新任务将协调科学家、量子计算领域的行业领袖以及政府部门的工作。这次任务将研究量子技术在计算中的应用,还包括通信、密码学和材料开发。

NM-QTA将致力于推动量子技术应用,包括航空航天工程、数值天气预报、模拟、通信和金融交易安全、网络安全、先进制造业、卫生、农业、教育等重要领域,引领经济增长。

印度科技部表示,通过促进量子科学和技术的先进研究,印度在科学、技术和工程学科方面的技术开发和高等教育可以与其他先进国家并驾齐驱。

在今年8月的采访中,Ashutosh Sharma谈论了NM-QTA的最新进展。

目前,项目的详细报告正在起草,印度量子技术研究所负责设定任务和目标,还将设立一个最高委员会,由一位该领域的科学家担任主席。最高委员会代表中,利益攸关方(量子技术潜在应用领域)、研发部门、教育部门各占三分之一。

印度国家量子计划建立了一种Hub-Spoke-Spike的模式。

Hub&Spoke是一种常见模式,Hub表示轮毂,Spoke表示轮辐,是简化网络路由的一套中心化的体系,广泛应用于航空、货运、快递以及网络技术领域。

印度的量子野心

在此基础上,Hub-Spoke-Spike模式在Spoke下生成多个Spike。Hub代表最高委员会的下设机构,Spoke代表研究机构,如印度理工学院,Spike代表一个或两个小组正在研究一种特定的技术。

据Sharma透露,印度国家量子计划将在几个月内准备就绪。印度的量子技术研究才刚刚开始,但Sharma认为印度并没有不可逆转地落后。

他承认,在这些前沿技术领域,国家没有投入必要的资源,半导体就是一个例子。印度希望通过800亿卢比量子计划来补救。电子和信息技术部(MeitY)、印度空间研究组织(ISRO)和国防研究与发展组织(DRDO)这些部门已经开始关注这个领域。

知识产权,印度量子野心的阻碍

印度目前正面临巨大的财政赤字,潜在的GDP负增长,以及大幅降低的税收。鉴于这样的财政状况,国家资助量子计划可能会很困难。而且,印度的资本市场很难通过私人投资填补这个窟窿。

根据印度工业发展研究所(ISID)2019年的一份工作文件,2005年至2016年,印度用于研发的外国直接投资(FDI)仅占流入印度外国直接投资总额的0.4%。

和这些相比,知识产权保护才是印度发展量子技术的最大阻碍之一。

根据RS Components分析,从1998年(12项申请)到2018年(558项申请),量子计算领域的专利申请稳步增长。去年发表在《自然》杂志上的另一篇文章强调,从2012年到2017年,中国拥有全球量子技术专利总数的43%,在量子通信领域占据主导地位,而美国、加拿大在量子计算领域占据主导地位。

目前,印度在知识产权保护方面仍然沿用1970年的《专利法》,这将“计算机程序本身或算法”排除在印度的专利权之外。对印度专利制度的多项研究表明,在印度进行的研发成果通常会转移到国外的跨国公司,由跨国公司进一步发展,然后在国外获得创新专利。

印度的量子野心缺乏一个强有力的政策框架作为后盾。冰冻三尺非一日之寒,在量子技术上能走多远,取决于印度的改革决心。

参考资料:

-End-

1930年秋,第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的著名的思想实验——“光子盒”,公众号名称正源于此。

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