Warum die USA einen „Quanten-Oppenheimer“ brauchen, um China im Quantenrennen zu schlagen

Die Quantenmechanik hat das Potenzial, die Welt über unsere wildesten Vorstellungen hinaus zu verändern. Während es viele Herausforderungen gibt, die zunächst bewältigt werden müssen, ist die Quantentechnologie Promises um viele Lebensbereiche zu revolutionieren, von Computer und Finanzen bis hin zu Kryptographie und Arzneimittelforschung. Diese endlosen Möglichkeiten haben viele Länder dazu veranlasst, ihre eigenen zu schaffen nationale Quantenprogramme um den Fortschritt voranzutreiben, die mit Milliarden von Dollar, Pfund, Euro oder Yuan unterstützt werden.

Die Nation, die bisher das Rennen um die Nutzung der Leistungsfähigkeit der Quantentechnologie anführt, ist China. Das Land hat ein 2000 km langes quantengesichertes Glasfasernetz aufgebaut und 2017 quantengesicherte Satellitenkommunikation demonstriert. In den Jahren 2019 und 2020 demonstrierte China „Quantenvorteil” – eine kritische Schwelle auf dem Weg zu leistungsstarken Quantencomputern – zeigte darüber hinaus eine Verfeinerung und Beschleunigung seines Quanteninformationsprogramms.

Sowohl in politischen als auch in wissenschaftlichen Kreisen lehnen einige die jüngsten Fortschritte Chinas schnell ab, betrachten chinesische Veröffentlichungen mit Skepsis und behaupten, das Land sei ein „Papiertiger“. Doch eine genauere Untersuchung der veröffentlichten chinesischen Quantenforschung zeigt einen Grad an Details, Ergebnissen und Zusammenarbeit mit westlichen Forschern, der darauf hindeutet, dass der Tiger Zähne hat. Die Chinesen priorisieren und dominieren tatsächlich den Quantenraum, mit der festen Absicht, diesen Technologiewettlauf zu gewinnen.

Der schnelle Fortschritt Chinas ist für die USA umso besorgniserregender, wenn man bedenkt, dass Amerika um die Jahrhundertwende in der Quantentechnologie China deutlich voraus war. Diese Umkehr wurde auf die Kürzung der US-Bundesmittel für die Quantenforschung zwischen 2005 und 2015 zurückgeführt.

Allerdings vereinfacht diese Erklärung die Versäumnisse der USA zu stark und würdigt auch China nicht für seine eigenen Fortschritte. Zwangsläufig wird die Situation in den USA beklagt, wobei die Bedenken von der Entwicklung eines Quantencomputers durch China, der in der Lage ist, unsere sichersten Codes zu knacken, bis hin zu fortschrittlichen chinesischen militärischen und industriellen Fähigkeiten reichen, die unsere eigenen bei weitem übertreffen.

Angesichts des stetigen Engagements und der Fortschritte Chinas muss sich das Gespräch in den USA nun darauf konzentrieren, ernsthafte Fragen zu unserem Engagement und zur Notwendigkeit zu stellen, einen Zeitplan für die Beschleunigung des US-Quantenprogramms zu erstellen. Solche Diskussionen müssen sich auf kurzfristige Verteidigung, Industriebeteiligung und politische Maßnahmen konzentrieren, die sich direkt mit der Frage befassen: Wie können die USA China im Quantenwettlauf einholen und überholen?

Ein „Quantenzar“

Im Jahr 2019 genehmigten die USA 1.3 Milliarden US-Dollar an Bundesmitteln über einen Zeitraum von fünf Jahren für Quantenforschung und -entwicklung. Der Großteil des Geldes geht an die nationalen Laboratorien und akademischen Universitäten für Forschung, Entwicklung neuer Quantenlehrpläne, den Bau von Quantentestumgebungen und den Ausbau der Quantenarbeitskräfte. Von diesen nationalen Labors und Universitäten wiederum wird erwartet, dass sie Industriepartner engagieren, um eine US-amerikanische Quantenindustrie mit Zugang zu privaten Investitionen zu fördern, die zur Kommerzialisierung führen.

Leider basiert diese Strategie auf drei fehlerhaften Annahmen – alle im Zusammenhang mit dem Timing. Erstens haben wir eine „100 Blumen blühen lassen“-Strategie, die davon ausgeht, dass die USA genügend Zeit haben, aus einem vielfältigen Füllhorn an Quantenlösungen zu erforschen, zu reifen und dann unfruchtbare Wege zu beschneiden.

Zweitens wird davon ausgegangen, dass die nationalen Laboratorien und unabhängigen akademischen Organisationen des Landes die Quantentechnologie in einem Tempo weiterentwickeln werden, das mit den chinesischen Konkurrenten mithalten oder diese sogar übertreffen wird. Und drittens sind private Investitionen in Milliardenhöhe erforderlich, um die Forschung in ausgereifte, marktorientierte Lösungen umzuwandeln.

Das chinesische Quantenprogramm hingegen wird von Quantenphysikern geleitet Jian-Wei Pan und wird von einer eng koordinierten Gruppe akademischer, staatlicher und industrieller Partner verwaltet. Das Programm ist gut ausgestattet, verfügt über ein Jahresbudget von schätzungsweise mehreren Milliarden Dollar und genießt die volle Unterstützung der Kommunistischen Partei Chinas. Der Quantenwettlauf der USA mit China könnte in gewisser Weise mit dem Wettlauf um die Entwicklung der Nukleartechnologie in den 1940er Jahren verglichen werden.

Es gab in der Vergangenheit nur wenige Bemühungen in Friedenszeiten, die mit der wissenschaftlichen Größe und Dringlichkeit vergleichbar wären, die mit der Einleitung des Quantenzeitalters verbunden sind

Um die Deutschen zu fangen, riefen die USA das Manhattan-Projekt ins Leben, bei dem Partner aus Regierung, Wissenschaft und Industrie größtenteils unter der Führung von Robert Oppenheimer arbeiteten. Er leitete erfolgreich die grundlegende nukleare Forschung und Entwicklung sowie die technischen Fortschritte, die erforderlich waren, um die Deutschen zu übertreffen.

Oppenheimer verstand die Dringlichkeit der Situation sowie die Feinheiten der Technologie und die Herausforderungen einer effektiven Koordinierung spezialisierter technischer und wissenschaftlicher Arbeitskräfte. Er war Dirigent eines großen wissenschaftlichen Orchesters, dessen Spieler die besten Wissenschaftler und Ingenieure des Landes waren.

Wo steht unser Oppenheimer im heutigen Wettbewerb um die Entwicklung der Quantentechnologie? Wann beginnt das Quantenprojekt? US-amerikanische Institutionen und Forscher gehören zu den besten der Welt, aber ohne ein koordiniertes Programm unter geschlossener Führung bleiben wir im Schatten Chinas.

Wenn es den USA gelingen soll, China zu übertreffen, müssen sie eine schlanke, konvergente Strategie umsetzen, die um einen technisch versierten und programmatisch versierten „Quantenzaren“ koordiniert wird. Diese Person muss über den Ermessensspielraum verfügen, erhebliche, nachhaltige Forschungs- und Entwicklungsgelder an öffentliche und private Organisationen im ganzen Land zu leiten und zu verteilen.

Sie müssen die Auswahl der verschiedenen technischen Ansätze und Lösungen sorgfältig, aber schnell überwachen. Der Zar muss eine Strategie formulieren und umsetzen, die der schnellen Bereitstellung kurzfristiger Quantenlösungen Priorität einräumt und die einzigartigen, technologisch fortschrittlichen Industriepartner des Landes voll ausnutzt.

Die Quantenrivalität zwischen den USA und China schafft schädliche Hindernisse für den Fortschritt

Dies ist keine Kleinigkeit, und es gibt nur wenige Friedensbemühungen in der Vergangenheit, die der wissenschaftlichen Größe und Dringlichkeit entsprechen, die mit der Einleitung des Quantenzeitalters verbunden sind. Wenn die USA jedoch eine ernsthafte Herausforderung für die rasch voranschreitenden Quantenbemühungen Chinas darstellen wollen, müssen sie eine neue Strategie umsetzen, die das sich schließende Zeitfenster des Landes und die Notwendigkeit einer stärker technisch und organisatorisch ausgerichteten Strategie anerkennt.

Die USA müssen ihre nationale Diskussion dringend von einer technikzentrierten Diskussion zu einer Diskussion vorantreiben, die sich auf die zeitlichen und organisatorischen Herausforderungen bei der Beschleunigung des Fortschritts für das Quantenprogramm des Landes konzentriert.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/why-the-us-needs-a-quantum-oppenheimer-to-beat-china-in-the-quantum-race/