ㄧ、前言
利用量子特性，進行儲存、傳輸、操作或測量資訊的量子資訊科學(Quantum Information Science, QIS)技術，不僅在運算、感測與通訊領域具備高度實用性，更具備戰略意義。其所帶來的社會變革與戰略影響可能與人工智慧同等重要。

量子運算仰賴其指數級的運算速度，在執行某些特定任務時，相較於傳統超級電腦更為迅速，甚至有潛力解決傳統電腦無法處理的複雜問題。量子感測可達到傳統技術無法匹敵的高精確度，在軍事、醫療與礦產探勘等領域展現明顯優勢。量子通訊除了提供前所未有的安全傳輸方式外，亦可能整合於分散式感測、資料分析與訊息保護架構之中。

有鑑於此，為協助深入理解並因應美中之間的量子科技競爭，美國國會特別委託美中經濟與安全審查委員會(U.S.-China Economic and Security Review Commission, USCC)進行評估，並發布《爭奪量子霸權：美中量子科技競賽》(Vying for Quantum Supremacy: U.S.-China Competition in Quantum Technologies)報告，提供決策者掌握現況與政策關鍵議題，以維持美國在這場關鍵科技競賽中的領先地位。

二、量子資訊系統(QIS)優勢與挑戰
量子位元的疊加與糾纏特性賦予量子運算極高的處理速度。例如，傳統超級電腦需耗費10的25次方年才能完成的任務，Google 的 Willow 量子晶片僅需五分鐘即可達成，顯示其在處理複雜問題方面的潛力。然而，「去相干效應」將使量子位元失效，是目前量子運算技術面臨的主要挑戰之一。為確保計算穩定進行，必須持續發展抗雜訊與錯誤修正技術。此外，量子運算的軟硬體設計高度仰賴客製化，欠缺標準化與整合平台，亦構成另一項亟待克服的障礙。

量子運算將大幅影響通訊與資訊安全，並可能帶來顯著的情報與軍事優勢。有報導指出，中國已採取「現在攔截，未來破解」(collect now, decrypt later)的策略進行網路滲透，即預先攔截與儲存加密通訊資料，俟未來量子運算成熟後再行破解。倘若相關技術達成實用化，現行仰賴傳統加密機制的應用(如加密貨幣與區塊鏈)將面臨重大安全威脅，構成嚴峻的國安風險。

在量子感測方面，相關技術相較於既有方法具備數個數量級的靈敏提升，可用於偵測極微弱的物理訊號，應用場域涵蓋醫療、國防與能源等領域。然而，受限於設備體積龐大、耗能高、造價昂貴與操作門檻高等因素，當前尚無法普及。

量子通訊的潛力，在於可透過光子實現分散式量子通訊網路，顯著提升靈敏度與設備性能。其中，量子密鑰分發(Quantum Key Distribution, QKD)技術利用光子量子位元配對生成加密金鑰，一旦通訊遭到攔截或破解，收發雙方即能即時察覺，理論上可達成完全安全的傳輸。然而，在實際部署過程中，仍受到硬體能力、基礎設施條件以及系統對誤差容忍度極低等限制，使得目前 QKD 網路規模有限，應用受限。

整體而言，量子資訊系統的實用化仍受制於對量子行為理解有限，導致難以進行工程控制。除技術本身外，尚須於化學、機械與材料等多個領域同步發展，方能克服跨領域挑戰。相較於其他技術，量子科技更具競爭性質，唯有建構從理論研究至應用落地的完整方案，始能確保技術主導權。首個完成部署的國家，預期將取得長期且關鍵的先發優勢。

三、中美量子競賽
美中兩國的量子賽局不僅激烈競爭，亦反映出兩種截然不同的政治與經濟體制。中國採取由國家統籌、自上而下的科研模式，並已取得若干具體進展；美國則透過公私部門與學界之間的去中心化合作，推動多元研究，並以市場機制作為主要驅動力。

(一) 中國
中國模式強調科技發展與國家規劃目標相結合。例如，依據五年計畫所提出之指導方針，中國已建立起涵蓋政府、中國科學院、國有企業及頂尖大學的整合性量子科技生態系統。重大計畫如「墨子號」量子衛星、京滬量子通訊幹線、「九章」與「祖沖之」量子電腦，皆顯示中國具備將研究成果轉化為具體實績的能力與效率。然而，過度依賴高層主導、商業部門參與不足，以及資訊共享機制有限，均使得外界難以準確評估中國的商業實況，相關資訊也可能出現偏差。一般認為，中國的量子科技政策已自早期的基礎研究階段，逐步轉向產業協調策略。在國安憂慮的背景下，促使中國加速推進量子通訊與密碼學技術，進而為量子運算與感測的發展奠定生態基礎。

中國的量子科技發展以國家主導為核心，仰賴大型專案推動，是其產業政策的一大特色。自2000年代初期起，中國即開始規劃建構量子密鑰分發(Quantum Key Distribution, QKD)網路，並持續投入資源擴展相關基礎建設。在具體成果方面，「墨子號」量子科學實驗衛星實現了衛星與地面站之間的量子傳態(quantum teleportation)與量子加密，並與京滬量子通訊幹線的地面光纖網路整合，構成全球首個「天地一體化」量子通訊系統。雖然中國在量子通訊網路的部署規模方面處於全球領先地位，惟其所採用的技術架構主要依賴「可信賴中繼節點」(trusted relay nodes)，即需在每個中繼站點對密鑰進行解密與重新加密，導致通訊過程中出現潛在的安全漏洞。因此，其整體系統的安全性與可擴展性仍受到外界質疑。

在量子運算方面，中國的發展受到外部科技封鎖與「科技自立」政策的驅動，主要仍透過國家計畫進行。其在超導量子電腦「祖沖之」與基於玻色採樣(boson sampling)架構的「九章」系統上取得重要進展，後續如「天衍」等系統也進入商業部署階段，再次展現中國將科研快速商轉的能力。儘管國家研究機構成果顯著，但中國的知名量子企業多具有國營色彩，整體競爭力有限，且商業化發展不均。中國正試圖透過設立量子科技區域中心與產業基金補強此一環節，但相關成果普遍難以驗證，且關鍵組件多仍仰賴進口，其企業營運亦大多依賴國家補貼。然而，整體而言，中國模式已快速縮短與西方國家的量子技術差距。

中國在量子感測與計量技術方面的投入相較於通訊與運算領域起步較晚。然而，鑑於該技術之物理原理相對明確，所需組件亦具備在地製造能力，且在導航、雷達、精確打擊、潛艦探測等軍事應用上具有高度潛力，故被列入多項國家重點發展計畫之中。中國已陸續設立多個專責研究機構與大型基礎設施(如 ZAIGA 計畫)，並與地方政府協作推動精密測量計畫，藉此建構完整的量子感測供應鏈體系。儘管政策推動積極，根據中國量子物理學者潘建偉與美國蘭德公司(RAND Corporation)的評估，目前中國量子感測技術大多仍處於實驗室研發階段，與已開發國家之技術水準存在明顯落差。整體發展亦相對分散，缺乏集中協調，進而延緩技術邁向實用化的進程。但由於量子感測技術與國防現代化高度相關，預期中國將在未來十年間持續將其列為科技發展與戰略投資之優先領域。

(二) 美國
相較之下，美國透過政府部門、學術機構與民間企業共同建構強大的量子科技生態系統，以推動相關技術的研究與應用。聯邦層級主要由白宮國家科學技術委員會(National Science and Technology Council)、科技政策辦公室(Office of Science and Technology Policy)、能源部(Department of Energy)、國家科學基金會(National Science Foundation, NSF)、國家標準與技術研究院(National Institute of Standards and Technology, NIST)以及國防部(Department of Defense)等機構主導。

在政策面向，美國由NSTC發布《量子資訊科學策略》(Advancing Quantum Information Science: National Challenges and Opportunities)，NSF 推動「量子飛躍倡議」(Quantum Leap Initiative)，能源部則提供長期研究資助，形成涵蓋基礎研究至應用部署的完整政策架構。2018 年，美國國會通過《國家量子倡議法案》(National Quantum Initiative Act)，擬定為期十年的量子科技發展戰略，並設立「國家量子協調辦公室」(National Quantum Coordination Office)，授權 NSF、NIST 與能源部推動跨部門整合與量子科技建設，總投資金額高達 51 億美元。該法案促成五個「國家量子研究中心」(National Quantum Research Centers)、一所「量子飛躍挑戰研究所」(Quantum Leap Challenge Institute)與「量子經濟發展聯盟」(Quantum Economic Development Consortium, QED-C)等機構之成立，支持量子位元技術研發、測試平台建置與商業化基礎設施的發展。

美國的量子發展策略重視非政府部門的參與。儘管研究資金多來自政府，但多以自主研究形式運作，並與國家實驗室合作成立研究中心，亦積極與新創公司及大型企業建立連結，且鼓勵國際合作。目前，美國有超過150家量子企業，約三分之一專注於量子計算，三分之一致力於量子運算軟體，其餘則涵蓋通訊與感測技術。美國企業吸引全球最多風險投資，惟市場推進仍需聯邦政府持續支援，以維持技術領先地位。

美國國家安全局(NSA)對 QKD 的實際安全性持保留態度，因此美國量子通訊政策主要聚焦於「後量子密碼學」(Post-Quantum Cryptography, PQC)。NIST 已著手制定後量子加密標準，以因應「現在攔截，未來破解」的潛在威脅。能源部亦在多州建置長達124英里的「阿貢量子環路(Argonne Quantum Loop)」，供各界進行通訊測試。

美國在量子網路建設方面已出現多項實際案例，包括 AWS 與哈佛大學於波士頓合作建置的多節點地下量子通訊網路、Qunnect 公司於紐約部署的「GothamQ」量子網路，以及 EPB 與 Qubitekk 在查塔努加共同開發的商業量子網路系統。在量子運算領域，美國採取多路徑並行發展策略，涵蓋超導(superconducting qubits)、中性原子(neutral atoms)、捕獲離子(trapped ions)、光子(photonic qubits)與拓撲量子位元(topological qubits)等技術路線。代表性成果包括：IBM 開發的 1121 量子位元晶片、Google 推出的 Willow 晶片(運算效能為傳統超級電腦的 13,000 倍)、Amazon Braket 所整合的多平台雲端服務，以及 Atom Computing 所研製的 1180 量子位元系統。

儘管相關技術呈現多元化發展，應用潛力廣泛，但也對系統整合與標準化構成挑戰。為因應此一情況，美國設立多處開放型量子測試平台，例如加州大學柏克萊分校的超導實驗室(Superconducting Quantum Device Lab)與橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)建置的量子網路平台，以降低產業新進者進入門檻、培育量子專業人才，並簡化設備獲取與實驗設施使用流程，進而加速量子運算的商業化發展。

量子感測技術因應用範圍廣泛、技術領域分散，且市場需求專精小眾，使得整體統整與規模化發展相對困難。儘管如此，美國憑藉國防部、NIST 與 NASA 噴射推進實驗室等單位的資助，加上企業與新創公司持續投入創新資源，已成為全球量子感測發展的領先國家，商業應用生態系呈現多元競爭的局面。

四、政策建議
報告建議美國國會應聚焦於三項預計於 2030 年前達成的國家戰略任務，分別為密碼學、藥物開發與材料科學。為實現此三項目標，提出以下優先行動：(1)對可擴展的量子運算架構、安全通訊技術及後量子密碼學(Post-Quantum Cryptography, PQC)進行大規模投資。為支援此一方向，亦建議擴充大學獎學金、吸引國際人才、並設立專屬課程以強化人才培育。(2)推動基礎設施現代化，包括建置低溫實驗室、量子工程中心與次世代製造與計量設施，以支援技術研發。(3)設立一所可擴展、安全且具互操作性的「量子軟體工程研究所」(Quantum Software Engineering Institute, QSEI)，以強化量子軟體平台整合與發展。透過上述政策行動，將有助於支援美國在密碼學、藥物與材料等關鍵領域的量子技術應用發展。