美國白宮發布《量子信息科學國家戰略概述》

科技 09-27

當地時間9月24日，美國白宮科技政策辦公室（OSTP）國家科學技術委員會（NSTC）發布《量子信息科學國家戰略概述》（下稱《概述》）。白宮方面認為，量子信息科技（QIS）將引領下一場技術革命，給國家安全、經濟發展、基礎科研等帶來重大變革。《概述》系統性地總結了量子信息科學帶來的挑戰、機遇，以及為維持和擴大美國在QIS領域的領導地位應做出的努力。

1 量子信息科學：下一場技術革命

量子信息科學（QIS）通過應用亞原子世界的理論—— 量子理論—— 來創造新的知識和技術。通過QIS的發展，美國可以改善工業基礎、創造就業機會，並且提供經濟和國家安全利益。與QIS相關的技術先例包括：半導體微電子、光子學、全球定位系統（GPS）和磁共振成像（MRI）等。這些技術是國家經濟和國防基礎設施的重要組成部分。未來，從QIS衍生出的科學和技術可能會更具衝擊力。美國政府長期以來對QIS的投資，以及近期行業的參與，使這一科學領域成為美國研發事業的新支柱。特朗普政府致力於維持和擴大美國在QIS中的領導地位，以通過QIS科學和技術的研究獲得長期利益，並對其加以保護。基於所有對QIS投資或感興趣的政府機構的全部數據，本文件提出了實現這一目標的國家戰略方法。

具體而言，美國將在國家科學技術委員會（NSTC）量子信息科學小組委員會（SCQIS）的協調下，通過唯一名稱組織，為量子信息研發創建一種可見的、系統的、全國的方法。本國家戰略將利用現有的計劃和方法，適應不斷變化和改進的科學技術知識，反映對國家QIS機遇和挑戰的最佳理解，並酌情採取新的步驟。本國家戰略將包括：

???專註於科學優先的方法，旨在識別和解決重大挑戰：這些挑戰的解決能夠帶來科學與工業的變革性進展；

建立多元化的專業量子從業人員，以滿足不斷增長的人才需求；

鼓勵行業參與，為公私合作提供適當的機制；

提供實現科技機遇所需的關鍵基礎設施和相關支持；

推動經濟增長；

維護國家安全；

繼續並發展國際合作與交流。???

下一步的關鍵是制定機構級的計劃，以解決下一節所確定的方法和政策機會，並將其納入總體戰略計劃。這將在十年內創造新的機遇，可能包括：實現特定計算應用的量子處理器；用於生物技術和國防的量子感測器；用于軍事和商業的下一代定位、導航和授時系統；通過量子信息理論理解材料、化學甚至引力；用於機器學習及優化的新演算法；變革性的網路安全系統，包括量子抗性密碼學。

2 關鍵政策機遇總結

本戰略概述中確定的政策機遇總結如下。遵循這些建議，以及SCQIS和利益相關方做出的詳細規劃和協調，對於美國未來的成功至關重要。

選擇科學優先的QIS方法

加強聯邦政府資助的核心研究計劃，並在適當情況下通過分散式小額贈款、建立研究中心和聯盟等方法，支持長期QIS研究；

促進跨學科研究人員間的對話與交流，並且達成更廣泛的科學界合作，以突顯和分享相關科學進展，發展和協調量子研究團體；

建立並啟用正式的協調機構，如國家科學技術委員會量子信息科學小組委員會（SCQIS）；

專註於重大挑戰，將其作為推動QIS科學技術進步的機制，並且鼓勵聯邦機構對基礎與應用挑戰進行確定、優先考慮和投資協調。

培養面向未來的專業量子從業人員

鼓勵行業和學術界創建融合、跨行業的多元化人力資源發展策略，以滿足國家對QIS發展的需求；

利用並強化現有的QIS計劃，以增加QIS從業人員的規模；

鼓勵學術界將量子科學與工程視作自己的學科，滿足新計劃、倡議等的需求；

在早期階段提供量子科學教育，包括小學、初中和高中；

通過與相關機構和行業合作，充分利用其投資，通過藝術、媒體、文化機構等新穎或非傳統方法，向更廣泛的受眾介紹QIS；

鼓勵QIS研發團體跟蹤與評估量子產業未來的人力資源需求。

深化參與量子產業

促進工業界、學術界和政府部門成立美國量子聯盟，對未來的需求和障礙進行預測並達成共識，協調競爭前研究的工作，解決知識產權問題並簡化技術轉讓機制；

通過產業界、學術界和政府間的合作，增加對聯合量子技術研究中心的投資，以加速競爭前的量子研究和開發；

通過開發潛在的終端用戶應用，保持對量子革命如何影響機構任務以及機構如何通過聯邦政府培養量子技術的認識。

提供關鍵基礎設施

通過與政府、利益相關者以及行業、學術界的合作，確定急需的關鍵基礎設施並鼓勵必要的投資；

鼓勵各機構為QIS研究團體提供更多的現有和未來設施以及支持技術；

建立終端用戶測試、培訓與參與平台設施，從而使聯邦機構和利益相關者能夠探索與其任務相關的應用程序；

利用現有的基礎設施，包括可以重新利用和擴展的製造設施，快速推進量子技術的發展。

維護國家安全，保持經濟增長

了解QIS不斷變化的科學和技術環境對安全的影響；

SCQIS等可提出機制，促使全部政府機構及時了解QIS技術帶來的防禦和安全影響，平衡經濟增長的利益和技術帶來的新風險；

確保現有技術分類和出口管制的兼容應用，為美國高校和工業界提供與QIS研究相關的行動信息，以鼓勵經濟機會、保護知識產權，並保護與國家安全相關的應用。

推進國際合作

與志同道合的行業界和政府合作夥伴加強國際合作；

確保美國繼續吸引和留住最優秀的人才，並獲得QIS的國際技術、研究設施和專業知識；

確定他國的優勢和重點領域，以及差距和機會，以便從技術和政策角度更好地了解不斷演變的國際QIS格局。

下一步

政府機構已被要求制定詳細的執行計劃以支持政策目標，並已獲知政策選擇。尤其是，

SCQIS的參與機構應提供書面計劃，以解決OSTP和SCQIS制定的2019年第一季度或更晚的政策目標。

根據法律規定，各機構應與OSTP和SCQIS協商，召集利益相關方，以確定特定子領域的重大挑戰，如：量子精確感測器、量子感測技術、量子網路應用、量子抗性加密標準和系統的開發、NISQ量子器件的商業可能性、接近量子比特操作的高保真極限，以及QIS的基礎新科學。

3 本戰略概述面臨的挑戰

QIS的快速增長以及對其在未來十年中持續發展的期望，為美國研發事業帶來了獨特的機遇和挑戰。為了凸顯特朗普政府推進QIS的承諾，NSTC加強了對該主題的研究並建立了SCQIS，確定了需要通過整體政府響應解決的四個關鍵挑戰。

首先，改善和促進政府內部以及公私營機構間的合作，將創造一個強大的國內生態系統，並在當前國際環境中提供全球領導力。如附錄所述，國家已經在聯邦機構層面擁有強大、多樣化的QIS計劃，並由各個任務空間驅動。同樣，企業受到未來應用的鼓舞，已開始在該領域進行重大投資。與此同時，外國正在進行投資，並尋求在與美國的競爭中建立自己的QIS基地。協調美國的努力將通過政府和行業活動來維持並加速美國在QIS中的領導地位。

第二，工業界、學術界和政府部門的發展需要維持和擴大一個廣泛的專業量子從業人員團隊，以制定QIS研發事業中的關鍵要素。這樣的量子智力將吸引並保留國家的關鍵QIS工作，並實現將QIS作為基礎技術的工業和學術成果。

第三，未來QIS的進展要求學科間存在強大的跨界聯繫，如從物理學、計算機科學到工程學。這些跨界聯繫已經通過研究合作產生，但將從早期教育的正式跨學科研究和培訓計劃中獲益。隨著QIS增長的繼續，學科間、國家間、工業界和學術界間的合作與交流需要進一步加強，即使競爭壓力可能使其變得更加困難。

第四，QIS研發對整體經濟和國家安全的影響仍然存在很大的不確定性。隨著強大的工業參與，保持探索的文化至關重要。量子器件的最佳商用案例目前尚不清楚，必須通過研究找到。儘管存在顯著的反補貼壓力，保持探索仍是必要的。預計這種方法產生的技術可能在解決一些最緊迫的國家安全問題方面發揮作用，但需要保持對QIS影響國家安全的理解。

為了在這一關鍵技術中保持和擴大美國在上述挑戰中的領導地位，我們必須提高前沿研究和開發的能力，擴大QIS人力資源，並在政府、學術界和私營部門間進行無縫協調。

4 選擇科學優先的QIS方法

量子信息科學融合了量子力學和信息科學，其內容包括支持計算、通信和計量學發生革命性進步的概念和技術。QIS研究可以促進信息處理、傳輸、測量的特殊量子現象，以及對傳統方式不能或低效實現的新方法的基本理解。當前和未來的QIS應用區別於激光、晶體管和MRI等以前的量子力學應用，其採用了區別於經典物理的量子疊加和量子糾纏。

雖然起源於20世紀60年代，QIS仍然是一個快速發展的科學和工程學科，尚有大量的探索機遇等待發掘。這反映出政府需要對該領域的基礎研究和開發提供長期支持。即便現在，原型QIS應用程序、平台和設備正在商業化，新的應用程序和平台可能來自尚未發明的協議和方法。因此，政府應該採取一種強有力的、多樣化的平台和研究計劃，通過採取將科學放在首位的方法，持續刺激變革性和基礎性科學發現。這將需要政府加強核心研究計劃並尋找新的方法來擴大合作和參與。

為利用QIS啟發技術以及推進實現相關收益所必需的科學，發展和追求科學與應用領域的重大挑戰將是統一的戰略。重大挑戰是那些可為國家帶來變革，並具有廣泛的經濟和科學影響的基本的科學或技術問題。潛在的解決方案將需要持續投資至少十年，並且需要多學科的研發團隊通力合作。政府機構、學術界和工業界必須共同努力，確定重大挑戰並提出優先次序，跟蹤其進展情況，並隨著研究和開發進展重新評估這些科技機會。

解決重大挑戰、實現QIS的潛力，將取決於採用有效的合作模式，以挖掘政府機構、工業界和學術界的獨特技能和洞見，並創建、維持跨學科的量子研究人員間的對話。為此，量子研究中心和聯盟可以成為聚集、維護研究團體的有力手段，以維持長期的、興趣驅動的研究。此外，SCQIS的協調作用，以及專業科學工程學會、首席研究員會議、科學期刊等機制，將有助於突顯和分享量子科學進展，促進量子研究團體發展。

重大挑戰帶來的機遇

由重大挑戰驅動的量子方法有望為感測、計量、通信、模擬和計算提供全新的能力和工具。這對基礎研究至關重要，且能夠促進安全、健康和經濟的發展。例如，量子感測有望為軍事任務提供先進的感測器，有望發展新的測量科學和基於量子的標準，還有望改進導航和定時系統，以及在新環境中的環境感應。單光子探測器或可在遠紅外和微波波長下實現，以擴展黑暗宇宙的探索範圍，而非經典發射器可以在室溫下集成，用於感測、通信和計算系統。

當前，嘈雜中型量子（NISQ）技術帶來的科技進步，可用於解決QIS領域的重大挑戰，如機器學習、材料發現的多體系統模擬、化學過程、量子場理論和生物動力學等。NISQ系統的早期探索工作已經使人們對這些問題產生了新的認識。這有助於克服開發可靠量子設備的科學和技術障礙，包括網路和存儲設備，以及演算法和糾錯技術。

5 培養面向未來的專業量子從業人員

培養具有廣博物理、信息和工程科學專業知識的美國量子智能從業人員，對確保QIS的持續進步至關重要。然而，美國目前的教育系統通常側重於單學科培養，很少強調跨學科研究，以使畢業生能夠應對複雜的現代問題和挑戰，尤其是QIS方面。雖然培訓學生的責任傳統上屬於學術界，但政府機構和行業可以與學術界合作，以滿足國家未來的人才需求。

基礎研究是培養合格QIS從業人員的主要機制。在需要個人具備廣泛技能的前提條件下，支持跨部門和跨學科的研究方法至關重要。在這樣的環境中接受過培訓的學生將接觸到多種知識點集中的學科，以及相關的工具和基礎設施。這將使學生獲得美國工業界、國家實驗室和學術界所需的資格和技能。目前實行的方法包括學術項目中的特殊研究課程，政府機構的早期職業獎勵，對重點研究小組的支持以及與行業的協調培訓。利用並強化這些項目可以增加QIS從業人員的規模。此外，綜合這些項目的經驗，開展與中央基礎研究計劃相結合的工業合作等項目，可以培養學生進入私營企業需要的其他技能，並進一步強化美國在量子科學和技術方面的領導。

鼓勵各機構制定或擴大促進從業人員發展及機構間相互促進彼此優勢和使命的具體方案。許多機構已經有現成的項目，如國家科學基金會的研究生獎學金項目和加速發現項目；國防部的國防科學與工程研究生獎學金項目和量子科學與工程項目；能源部的本科生科學實驗室實習項目、研究生科研項目和計算科學研究生獎學金項目；美國國家標準與技術研究院將政府研究人員與大學生、博士後學者和教師結合起來的合作研究項目。在機構需求的驅動下，可以對這些項目進一步豐富、修改和擴展。凝聚多個機構的努力以進一步增加項目的影響力，例如開展聯合早期職業培訓項目。

從長遠來看，學術教育是培訓計劃的基石。應鼓勵大學通過在與QIS相關的跨學科主題中添加終身教職來滿足教師隊伍發展需求，並將量子科學與工程作為未來的重點學科。其他途徑包括設立新的本科課程，與工業和政府接觸的實習（主要針對美國公民）和新的專業發展計劃，以及鼓勵創建專業技術課程。這些學生在他們的職業生涯中有各種不同的發展道路，成為了他們學科的宣傳人，增加了量子科學教育的社會影響。

在大學之外，與更廣泛的受眾接觸將是至關重要的。以計算機科學和物理學為代表的中小學計算和科學思想培育體系必須從早期階段的興趣開始。行業、專業團體和機構可以舉辦展覽培養公眾興趣，為公眾提供與新技術的接觸機會、開發基於課堂的學習機會以及通過各種媒體平台與公眾建立更廣泛的聯繫。與此同時，非正式教育工具，例如在全國許多博物館中進行的教育，是對課堂教育的有效互補。這些工作最好與國家科學技術委員會及其負責科學、技術、工程和數學（STEM）相關教育的小組委員會協調開展。

從業人員培訓以及未來美國量子工業的初期人員需求要通過工業機構和已開展的STEM相關工作的定期評估來確定。這些信息可以幫助指導未來的計劃，以培養支撐量子生態系統所需的多樣化從業人員。為了逐步改進從業人員發展計劃，應鼓勵量化人員發展活動的評估計劃，以便參與者選擇和擴展最成功的策略，調整、改變或終止不起作用的方案。通過與專業協會、組織、工業聯盟和地方政府的合作也能對從業人員需求進行評估。

6 深化參與量子產業

預計來自QIS的革命性進展已經引起了業界對QIS研究和開發的重視。大型公司、各種初創公司和小型企業都在大量投資於量子感測、網路、計算和支持技術。部分公司已經實現或即將推出下一代量子感測器、小型網路的量子糾纏分布以及50量子比特的量子處理器，並計劃繼續在量子領域保持快速增長。鑒於QIS對經濟和國家安全重要性，政府將採取措施保持美國量子產業的協調發展。

量子生態系統強大的一個關鍵因素是量子為其他技術提供了必要的有力支撐，而這些技術本身並不涉及具體的量子概念。目前的例子包括低溫學、光子學、低雜訊微波放大器和納米加工。因此，公司應努力確定並了解這些不斷變化的需求，並與政府機構和行業合作，採用小企業創新項目同政府聯合研究中心協作等方法，在技術處於弱勢或尚未研發的情況下對其進行研發。

此外，作為行業參與的關鍵機制，政府應促進工業界、學術界和政府共同組建美國量子聯盟。與之前的半導體研究聯盟一樣，量子聯盟提供技術交流和研討的論壇，以增進對QIS的發展軌跡、機會、關鍵技術差距和預計需求（例如，勞動力、基礎設施、標準和路線規劃）的理解。此外，該聯盟還可以為公共和民間資金投資提供平台，以解決基礎設施和技術差距，以及關鍵的競爭前研究和開發。總統科學和技術顧問委員會可與其他國家科學技術委員會的小組委員會協調，酌情提供額外投入。

最後，由工業界、學術界和政府合作構成的聯合研究中心可以加速競爭前的QIS研究和開發，並在此過程中幫助滿足對大量、多樣化量子從業人員的迫切需求以及科學和應用的巨大挑戰。這些研究中心還可以促進和改進政府研究實驗室的技術轉讓。更普遍而言，應擴大從實驗室到小公司的轉換孵化器等機制，並在可能的情況下為其解除阻礙。為了建立更具效率的合作環境，還需要解決知識產權問題，並儘可能強調實現發展技術的方法。

7 提供關鍵基礎設施

基於QIS的技術成功開發將使越來越先進的量子研究成為可能，但這取決於合適的工具、設備和其他基礎設施項目。QIS研發企業還不足以維持一個專註於開發和提供所有必要基礎設施的行業。需要有針對性地擴展相關的聯邦設施和工業基礎設施以及其他支持活動，以加快進展，並使聯邦機構和行業準備採用即將到來的量子技術。

美國政府通過鼓勵開展組件技術和複雜的製造和鑒定技術等旨在開發和部署支持量子技術的項目，在促進量子領域進步上發揮關鍵作用。鼓勵各機構探索新機制，為QIS研究提供更多的聯邦設施，包括可重新利用和擴展的製造設施以及後量子應用的系統和測試平台。由於其中一些基礎設施為大型用戶服務，政府將考慮加強現有聯邦設施，以及聯邦政府資助的QIS研究中心是否應在提供基礎設施或測試平台方面發揮作用。這些行動將共同加速QIS研究的進展並有助於鞏固美國在這一領域的領導地位。

目前的需求包括：傳統的硬體組件，材料表徵和製造設施，關鍵礦物和原料，以及各種終端用戶工具、平台和測試台。政府將與專家和利益相關方以及工業界和學術界合作，確定關鍵基礎設施並繪製當前基礎設施格局。例如，美國量子聯盟可以幫助確定哪些組件技術將具有足夠的經濟基礎來鼓勵工業發展，可以幫助發展行業參與後量子應用，還可以定期跟蹤進度並利用外部專業知識來評估投資的有效性。根據不斷變化的需求，上述工作需要持續開展。

除了加強基礎設施之外，通過培養機構作為潛在的終端用戶，來促進聯邦政府對量子技術的採用也很重要。聯邦機構內部資助QIS的人員和那些希望未來利用這一技術的人員之間，形成了一套信息共享文化。政府鼓勵這種信息共享文化，機構間交流程序也提供了一個發聲平台，來宣傳各機構的共同利益，並幫助利用聯邦投資推進各機構的使命。此外，它將探索終端用戶機構參與到量子技術中的方法，這些機構雖未在開發技術方面發揮作用，但可以從這項研究的成果中受益。實際上，QIS的影響將被廣泛地感知，並且每個機構都將意識到量子革命會如何改變其職能空間。終端用戶測試平台的建立以及針對該平台的培訓和使用，將使聯邦機構和利益相關者能夠探索量子科學的相關應用。

8 保持國家安全和經濟增長

國家安全的需求往往會推動新科學技術的進步，並且通過加強政府投資，採取專門舉措以及跨機構合作的方式促進經濟發展。與此同時，新市場和新產業的出現能夠提高解決國家安全需求的能力，但科學和經濟的進步也可能會帶來新的風險。只有增長與風險之間實現恰當的平衡才能夠帶來長期利益。

通過QIS的研究和開發所產生的技術能夠為一些最緊迫的國家安全問題提供解決方案。例如, 量子計算的進步可能有助於提高藥物發現的有效性、模擬化學反應以增強耐腐蝕材料以及優化物流解決方案。在網路和感測方面，該技術能夠在確保國家安全和防禦方面發揮積極作用。

但是，這些技術也可能會對公共安全構成挑戰。例如，一個量子演算法秘鑰能夠破解保護互聯網交易的加密公鑰。雖然採用這種演算法的難度遠超當前的技術水平，但對敏感數據的保護以及提供長期可靠的基礎設施，還需要尋求「後量子」或「量子抵抗」的加密形式。

為軍事和國防應用開發的QIS技術也可以加速該領域的進步，通過創造新的產業和產品並向消費者市場過渡，從而帶來巨大的經濟增長潛力。在過去的二十年中，國防和情報界一直是QIS研究和開發的強有力的投資者，他們繼續在基礎科學和應用技術領域開展工作，以提高對QIS技術可能性的理解並為必要的基礎技術提供支持。前面章節中介紹的加強工業參與和基礎設施改進將通過政府培育QIS發展的方式以加強國家安全，促進經濟增長。

隨著技術的發展，量子信息技術對軍事應用的潛在影響意味著其將對出口和貿易法規保持持續監測，包括「瓦聖那協議控制清單」以及其在「出口管理條例」和「國際武器貿易管制條例」中的實施情況。此外，國防部門對不同的部門發展有特殊需求，應該將那些培養量子技術研究人員的計劃納入到與國防相關的研究和開發中。最後, 在美國發展 QIS 企業的同時, 政府還必須保護知識產權和經濟利益, 尋求了解技術的兩用能力, 支持與國家安全相關的從基礎研究到 QIS 技術商業化等各個層面的應用。因此，SCQIS將與其他NSTC小組委員會、聯邦機構以及國防和情報部門合作，確保現有分類和出口管制機制實現一致應用，以為美國大學和行業界提供儘可能多與QIS研究相關的信息。

通過量子技術改善防禦

長期以來，先進的計算能力一直被用於提高軍事能力和經濟生產力。因此，應繼續探索用於實現優化、機器學習、材料開發和化學計算的通用量子演算法; 雖然它們的量子加速目前仍是未知，但任何直接計算能力或由此產生的材料、系統的改進都可能極大地影響軍事效率。

除了計算之外，新的或量子增強系統可以為國防應用提供下一代感測器和探測器。例如，精確度依賴於對原子量子特性的理解程度，量子技術的進一步發展可能會影響下一代全球定位系統（GPS）以及GPS不可用場景。在小尺寸、輕量化和功率器件的防禦要求方面，量子技術將通過新的感測模式，與其產生協同作用。

量子網路的探索也具有潛在的防禦價值，可以為量子計算和量子感測提供額外的功能。在多個長度範圍內分布糾纏的魯棒解決方案—— 從小晶元到世界各地——能夠實現分散式量子計算機和分散式感測器，可能會對安全通信產生長期影響。了解量子效應是如何從帶寬、延遲到安全，再到新穎的網路技術與演算法去影響通信的，將有助於實現最佳的網路系統布局。

9 推進國際合作

科學、技術和創新是美國經濟發展繁榮昌盛的基石，同時也是國際主導力量，尤其考慮到21世紀企業在全球開展業務，科學家和工程師跨境合作，世界具有高度互聯性。考慮到科學和工業的全球性，美國已與外國合作夥伴在QIS研究方面進行了20多年的合作。這些夥伴關係加速了科學發現和技術應用，同時促進了美國經濟增長，保障了美國國家安全。

為了保持美國在QIS中的領導地位和競爭力，即使美國正在推進國內的投資和研究戰略，也必須與國際夥伴共同合作。隨著各個領域的發現不斷加速，美國應設法加強與志同道合的政府及工業合作夥伴之間的國際合作，以確保今天在基礎研究和技術開發方面的投資所產生的技術能夠繼續使美國人受益。持續的國內投資以及戰略性的國際合作對上述目標的實現至關重要。

美國政府將重點關注QIS的三項戰略性國際努力。首先將是定期審查國際合作活動和夥伴關係，確定和跟蹤全球QIS科學和技術趨勢，找出差距，發現機會，了解不斷變化的國際QIS格局，並為現有計劃提供信息。其次，政府將確定戰略雙邊夥伴關係以及其優先順序，以確保美國繼續吸引並留住最優秀的國際夥伴，以獲得與QIS國際技術、研究設施以及專家接觸的機會。第三，政府應鼓勵基於績效且透明的基礎研究創新系統，酌情公開QIS研究所產生的公共數據，並推動制定能夠使富有創造力的QIS新技術得到採用的國際標準。

附錄：目前美國在QIS研究領域的領導地位

美國在QIS領域具有一個充滿活力的研究團體。高校、科技企業和國家實驗室等世界領先的研究團隊，在量子計算和量子系統的諸多關鍵領域取得了進展，包括計時、感測、網路和其他應用。在量子研究和開發上的領導者地位，是美國政府資助聯邦機構和研究院所長期投資基礎研究和應用研究的直接結果。在人員齊備、裝備精良的研究機構的基礎上，美國建立的廣泛而有針對性的計劃，創造了一支才華橫溢的量子智力隊伍，鼓勵了廣泛的創新和探索，在物理、材料科學等相關領域付出了必要努力，並在可控量子系統的發展方面取得了進展。在這項努力中，美國從多頭籌資模式中受益。例如，一個機構改變了研究焦點，另一個機構卻可以繼續權為重要議題提供資金。

隨著私營部門研發投入的增長，QIS的進展最近開始顯著擴大。在過去的五年中，特別是在量子計算領域，大型IT公司、風險投資和創業企業都致力於新的QIS機會，組建研究團隊和公司以實現商業化。應該指出的是，這些公司和團隊從他們先前幫助創造的計算和互聯網革命中獲得了財富和專業知識，因此他們繼續投身於QIS。國家戰略應該繼續利用美國政府資助體系和美國創新生態系統的上述優勢。

最後，其他國家對QIS研究做出了重要貢獻。通過招募、合作和與科學競爭，美國在這一領域取得了領先。舉例來說，第一個兩量子比特門的提議來自歐洲研究人員，但美國國家標準與技術研究院諾貝爾獎得主David Wineland首次證明了這一點。這反映了科學與技術事業日益全球化的特點。在一個科學家仍在與自然鬥爭以取得進步的領域，人類的共同努力或許是解決這一挑戰所必需的。在此時刻，美國的領導將為這一成功提供關鍵因素。

QIS包括跨越許多平台和主題的基礎科學和技術，並涉及許多機構。這包括農業部（USDA）、國防部（DOD）、能源部（DOE）、國立衛生研究院（NIH）、內政部（DOI）、國土安全部（DHS）、國務院（State）、美國國家航空航天局（NASA）、國家標準與技術研究院（NIST）、國家科學基金會（NSF）、國家安全局（NSA）、國家情報局局長辦公室（ODNI）、辦公室管理和預算（OMB）和科技政策辦公室（OSTP）。

SCQIS從以下七大類別評估國家投資組合：四類基礎科學（S1-S4）和三類技術開發（T1-T3）。

S1.量子感測：利用量子力學提高測量的準確度和/或為感測器和測量提供新的模式 [DOD, DOE, DHS, DOI, NIST, NSF, ODNI]

S2.量子計算：從用於實驗室量子系統的模擬設備和演算法到受控量子計算機 [DOD, DOE, NASA, NIST, NSF, NSA, ODNI]

S3.量子網路：探索和使用遠距離分布的相干或糾纏量子態，用於新的信息技術應用和基礎科學 [DOD, NASA, NIST, NSF]

S4.量子器件和理論進步：提高對材料、化學、宇宙學，經典計算技術和其他基礎科學的理解 [DOE, NIST, NSF]

T1.支持技術：支撐基礎科學領域所必需的數字、電氣、機械、光學、計算和低溫系統與技術 [DOD, NASA, NIST, NSF, NSA, ODNI]

T2.未來應用：操作優化、機器學習、藥物發現等機遇[參與SCQIS的所有部門]

T3.風險緩解：量子技術所需的基礎設施、支持及其影響，例如量子抗性密碼系統和其他後量子應用[DHS, NIST, NSA]

國家在這些領域的努力，包括多年來推動這七個類別的研究和開發的機構。目前開展或資助這些主題領域的聯邦機構如上所述。這七個領域代表了支持量子信息科學和技術的工業和政府努力所需的廣泛基礎。 SCQIS審查了當前的資助情況，發現主要聚集在S1-S4，如下圖所示。