一、前言
《國家量子倡議法案》(National Quantum Initiative Act, NQI Act) 於 2018 年正式立法，旨在建立一個統籌聯邦層級的計畫，以加速量子科技研發，並促進美國的經濟發展與國家安全。該法案授權國家標準與技術研究院 (National Institute of Standards and Technology, NIST)、國家科學基金會 (National Science Foundation, NSF) 和能源部 (Department of Energy, DOE) 擴展量子資訊科學 (Quantum Information Science, QIS) 研究計畫，並建立專門的研究中心與合作聯盟。此外，該法案要求整合並協調美國政府內部的 QIS 研發工作，涵蓋民用、國防及情報部門，以確保跨機構的資源整合與技術推動。為此，法案特別指派量子資訊科學小組委員會 (SCQIS)、國家量子協調辦公室(NQCO) 及國家量子倡議諮詢委員會 (NQIAC) 負責監督並執行相關政策與職責。

同時，國防量子資訊科學與技術研發計畫 (Defense Quantum Information Science and Technology, QIST R&D Program) 在 2019 年及 2020 年《國防授權法案》(National Defense Authorization Acts, NDAAs) 的推動與修訂下，延續了國防部 (DOD) 在 QIS 研發方面長達數十年的研究。此外，2022年《國防授權法》修改了《國家量子倡議法案》，確立了量子科學經濟和安全影響小組委員會(ESIX)，並明確規範其職責。2022年《晶片與科學法案》進一步修改了《國家量子倡議法案》，授權NIST、DOE和SCQIS推動額外的量子科技研發計畫。

總體而言，國家量子倡議(NQI)計畫提供了一個總體框架，用於加強和協調政府機構、產業和學術界之間的QIS研發活動。

二、量子資訊科學（QIS）研發計畫亮點
美國政府為了保持在量子資訊科學（Quantum Information Science, QIS）領域的領先地位，透過多個聯邦機構推動相關研究，涵蓋國家標準與技術研究所（NIST）、國家科學基金會（NSF）、能源部（DOE）、國防部（DOD）、美國國家航空暨太空總署（NASA）、國家安全局（NSA）以及情報高級研究計畫活動（IARPA）。這些機構的研究領域橫跨量子計算、量子通訊、量子感測及相關基礎科學，推動技術創新與應用發展，確保美國在全球 QIS 競爭中的優勢。

(一) 國家標準與技術研究所（NIST）
作為美國科技標準制定的主要機構，NIST 在 QIS 領域的研究涵蓋量子計算、量子感測與計量學、量子網路以及量子安全技術。該機構不僅專注於量子技術的精準測量，還致力於推動產業標準化，確保量子技術的可靠性與可操作性。

NIST 的研究核心之一是量子計算與通訊技術，透過開發超導量子位元、光子整合電路及其他量子計算元件，提升量子運算的穩定性與準確性。此外，NIST 在量子感測與計量方面的研究亦相當重要，特別是在開發高精度原子鐘與量子感測器，使其能應用於國防、醫學及科學研究。為了推動安全的量子通訊，NIST 也積極開發後量子密碼學（PQC），確保未來數據傳輸的安全性，並已於 2024 年 8 月正式發布首批 PQC 標準。

在推動 QIS 產業化方面，NIST 成立量子經濟發展聯盟（QED-C），與超過 180 家企業及 250 多個機構合作，共同推動量子技術的應用發展。2024 年，NIST 研究人員成功開發了一款晶片級原子鐘，能夠在 GPS 訊號無法覆蓋的區域提供穩定的時間基準。此外，該機構也改良了低溫冷卻技術，使量子設備的降溫速度提升並降低能耗，進一步提升量子計算機的運行效率。

(二) 國家科學基金會（NSF）
NSF 長期支持 QIS 研究，並資助全美 260 多所學術機構的研究團隊，涵蓋超過 2,500 名研究生與 2,000 名研究人員。NSF 的研究目標包括深化量子理論、發展量子設備及應用技術，同時培養未來的量子科學專家。NSF 透過量子飛躍挑戰研究院（QLCI）支持五大量子研究中心，這些中心涵蓋量子計算、量子通訊、量子感測及材料領域，並與 67 家業界夥伴合作。此外，該機構也發展國家量子虛擬實驗室（NQVL），建立開放式 QIS 測試平臺，促進量子技術的應用與創新。

在人才培養方面，NSF 特別推動量子擴展計畫（ExpandQISE），支援歷史性黑人學院（HBCUs）及少數族裔機構，擴大 QIS 研究能量。2024 年 6 月，NSF 宣佈投資 2,000 萬美元，建立國家量子奈米製造設施（NQN），推動量子設備的製造與測試。此外，NSF 也與美國國立衛生研究院（NIH）合作，開展「量子感測於生物醫學應用」研究計畫，探索 QIS 在醫學領域的潛在應用。

(三) 能源部（DOE）
DOE 在 QIS 研究方面擁有強大的基礎，涵蓋量子計算、量子感測、量子網絡及量子材料開發，並透過旗下的國家實驗室與五大國家量子資訊科學研究中心（NQISRC）推動 QIS 的進展。

DOE 的量子感測研究聚焦於高靈敏度測量技術，開發可應用於暗物質探測、生物醫學及材料科學的量子感測器。在量子計算方面，DOE 致力於開發量子演算法、錯誤校正技術及高效能量子模擬技術，並投資 4,500 萬美元開發量子計算軟體平臺，推動量子計算的應用落地。此外，該機構也積極探索量子網絡技術，透過國家級的量子通訊實驗設施，發展安全且高效的量子通訊協議。

(四) 國防部（DOD）
DOD 主要關注量子技術在國防與安全領域的應用，並致力於發展量子導航、量子通訊與網路安全技術。該機構正積極開發量子加速度計與原子干涉儀，以提升軍事導航精度，確保在 GPS 失效時仍能維持穩定的定位系統。此外，DOD 也在探索抗量子攻擊的加密技術，以確保國防機密與資訊安全不受未來量子計算機的威脅。

(五) 美國國家航空暨太空總署（NASA）
NASA 在 QIS 研究的主要領域包括量子光學、量子計算與量子通訊，這些技術將應用於太空探索、重力波探測及深空通訊。NASA 正在開發更高靈敏度的量子光學感測技術，以提升重力波探測器的精度。此外，該機構也在研究如何在深太空環境中應用量子加密技術，以確保星際通訊的安全性。

(六) 國家安全局（NSA）與情報高級研究計畫活動（IARPA）
NSA 與 IARPA 主要關注量子計算對現有密碼系統的影響，並積極推動後量子密碼學（PQC）標準的發展，以確保國家資訊安全。此外，IARPA 也在探索量子計算與人工智慧的結合技術，開發更高效的量子演算法，並研究如何提升量子安全技術，以應對未來的網絡安全挑戰。

三、量子資訊科學（QIS）政策方向
美國政府為了維持在量子資訊科學（Quantum Information Science, QIS）領域的全球領先地位，制定了一系列政策方向，涵蓋六大關鍵領域，包括強調科學優先、培育未來量子人才、深化產業合作、建設基礎設施、維護國家安全與促進經濟發展，以及推動國際合作。這些政策不僅有助於技術突破，也確保 QIS 研究與應用符合國家發展利益，推動量子技術在各領域的廣泛應用。

美國政府將基礎科學研究視為發展 QIS 的核心策略，持續投入資源，推動量子理論、演算法、材料與計量學等領域的發展。各大聯邦機構，如能源部（DOE）、國家科學基金會（NSF）和國家標準與技術研究所（NIST），透過長期資助計畫支持高風險、高回報的研究，以確保美國在 QIS 領域的創新能力。此外，美國國家科學與技術委員會（NSTC）也發布報告，強調 QIS 研究對科技發展與經濟增長的關鍵性，並將其納入國家發展優先事項，以確保資源配置符合長期發展目標。

除了強調基礎科學研究，美國政府也將人才培育視為發展量子技術的關鍵。為了確保美國未來在 QIS 領域擁有足夠的專業人力，政府推動 K-12 量子教育計畫，將量子科學概念融入中小學課程，以提升學生對該領域的興趣。同時，NSF 和 DOE 也透過資助大學與研究所，建立量子計算與量子物理的高等教育課程，並鼓勵業界與學術機構合作，提供學生與年輕研究人員更多實習與實作機會。此外，美國政府積極促進多元化，確保歷史上代表性不足的群體，包括女性與少數族裔，能夠公平參與 QIS 領域的發展。2024 年 6 月，NSF 宣佈投資 3,900 萬美元，擴大 QIS 人才培訓計畫，涵蓋 56 所學術機構，並加強與歷史性黑人學院（HBCUs）及少數族裔學校的合作，以擴展 QIS 領域的多元人才基礎。

在產業發展方面，美國政府積極推動公私合作模式，以加速量子技術的商業化。國家標準與技術研究所（NIST）透過國家量子經濟發展聯盟（QED-C），與超過 180 家企業及 250 個機構合作，促進量子技術應用於醫療、通訊、金融與國防等領域。此外，NIST 和 DOE 也開發開放式量子計算與感測測試平臺，讓企業能夠測試與驗證其技術，以降低技術轉化過程中的風險。2024 年 4 月，NSF 宣佈成立「量子創新引擎」（Quantum Crossroads），以促進企業與學術機構在 QIS 領域的合作，並加強產業技術轉化，使創新技術能更快地進入市場。

為了確保量子技術的發展能夠獲得穩定支持，美國政府也在強化 QIS 基礎設施。DOE 和 NSF 共同推動量子計算研究中心，為學術界與產業提供高效能的量子運算資源，並積極發展量子網路與通訊基礎設施，以支援未來的量子通信技術。此外，NIST 也領導 QIS 領域的標準制定，確保美國在全球量子計算與量子通訊技術發展中的安全性與可靠性。2024 年 6 月，NSF 宣佈投資 2,000 萬美元，建立國家量子奈米製造中心（NQN），以加速量子設備的製造與測試，並推動美國量子技術產業的長期發展。

隨著量子計算技術的進步，如何維護國家安全與促進經濟發展成為美國政府關注的焦點。由於未來量子計算可能對現有的加密技術構成威脅，美國政府積極推動後量子密碼學（PQC）標準，以確保政府機構、企業與公民的數據安全。2024 年 8 月，NIST 正式發布首批 PQC 標準，以應對未來可能出現的量子計算攻擊風險。此外，美國政府也密切監測全球 QIS 發展趨勢，分析國際競爭態勢，確保美國在全球 QIS 領域保持技術優勢。國防部（DOD）與國家安全局（NSA）亦積極開發量子抗攻擊技術，以提升軍事與政府機構的網絡安全防禦能力。

在全球化的科技發展趨勢下，美國政府也積極推動國際合作，確保 QIS 研究能夠在全球範圍內獲得更廣泛的應用。美國與歐洲、加拿大、日本、韓國及澳洲等國合作，共同推動量子技術發展，並確保量子技術標準的國際一致性。此外，美國也與 ISO（國際標準組織）及 IEC（國際電工委員會）合作，推動全球 QIS 技術標準的統一，確保量子計算與量子通訊的安全性與可靠性。2024 年 3 月，NSF 與英國科研創新局（UKRI）共同舉辦量子資訊科學與化學的雙邊研討會，以促進國際間的科研合作。同年 7 月，美國與歐盟、日本等國簽署 QIS 合作協議，進一步強化全球 QIS 技術發展與標準制定。

透過上述六大政策領域的推動，美國政府不僅確保了 QIS 技術的持續發展，也為未來的科技創新、國家安全與經濟增長奠定了堅實基礎。隨著 QIS 研究的不斷深入，美國將持續強化其技術優勢，並與全球夥伴共同推動量子科技的未來發展，使量子技術在更多領域發揮關鍵作用。