欧盟和美国相继制定量子互联网发展愿景与计划，引起了国际科学界的广泛关注，近期来自加拿大和美国的两位专家[1]撰文讨论了发展量子互联网所需的条件，呼吁通过“大科学”和国际化合作的新模式来建设量子互联网。该文主要观点如下：
功能性量子互联网用量子比特存储信息，并通过纠缠实现信息的远距离共享。这种网络将改变安全通信、数据存储、精密传感和计算等多个领域，这些领域的创新又将改变社会。例如，提高隐私将加强民主制度。但是，建立这样的网络将是一项复杂的任务。
文章指出，需要开发和集成一整套元件，从量子传感器和量子存储器到经典的光源及通信通道，不一而足。由于量子互联网带来的潜在影响涉及面广，甚至可能带来意想不到的挑战和结果，学界需要咨询社会科学家、法律专家和历史学家，确保这项新技术的好处在全社会得到广泛共享。
为实现这些雄心勃勃的目标，我们认为量子科学界首先应进行自我调整，与大型机构展开合作。这类机构的专业领域应涵盖经典通信和量子信息、公共与私营两大部门、硬件和软件、科学和社会。虽然量子互联网的单独元件能在实验室开发，但要建立可行的全球网络就需要国际合作和“大科学”的方法。
1. 需要量子合作的新模式
文章认为，在量子科学与技术当前的组织架构模式中，要实现必要程度的合作与整合很难，因为这种模式针对单独的研究组及它们之间的小规模合作。研究组的驱动力通常是推动某个方向的进步或者成为该方向的权威，直接回报是高影响力的文章、得到进一步资助。但是，要生产对大型系统有用的元件，这些驱动力就显得微不足道了，因为这需要集中组织和长期规划。
以量子存储器举例，单独的研究组往往致力于让内存效率、存储时间或带宽等具体指标最大化，却没有考虑系统层面的需求。建立跨大陆或洲际量子网络，需要来自多个研究组的成百上千名研究人员共同携手努力。这种深度的合作，即使在欧洲的大型多机构量子合作项目中也不太可能实现。即便规模很大的联合资助也不等于真正的合作。
鉴于当前资助模式的上述不足，文章认为是时候深刻反思、认真讨论如何组织量子互联网领域的大规模项目。虽然一种模式不可能适合所有情况，但其他研究领域的经验可以提供有用的范例和指导，例如几十年前就经历过这种组织变革的高能物理学和天文学。
2. 大科学给我们带来什么启示?
“大科学”是美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)时任主任阿尔文·温伯格(Alvin M.Weinberg)提出的一个术语，用于形容20世纪的大规模、大范围的科学事业，它让人联想到在大型合作中似乎无限供应的仪器和预算。这类合作针对的是只有通过合作才能实现的基础科学目标。核物理及高能物理的历史就充斥着这类工作——需要非凡的财政资源和庞大的多学科团队。如今，这类项目在天体物理学和宇宙学中也很常见。该模式的当代成功例子包括激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)观测引力波以及大型强子对撞机(LHC)发现希格斯玻色子(Higgs boson)。
材料科学、凝聚态物理等领域在维持多样化小型实验的同时，还借助了大型机构，如斯坦福直线加速器中心(SLAC)的线性相干光源、阿贡国家实验室的先进光子源等光子源。在这种模式中，一家大型机构产生资源并向多个项目辐射。实际上，这类大型机构已成为生物、化学、工程等多个领域中实验工作的重要资源。产业研究人员也利用大型机构来鉴定新材料、提升材料性能等。通过这种方式，20世纪的大科学正逐渐发展为21世纪的大“网络化科学”(networked science)，产业及较小的研究项目整合成更大的机构。
3. 量子互联网不是实验室科学
在现阶段，并非量子科学与技术领域的所有问题都需要大型合作，但与建造量子计算机这类任务相比，构建功能性量子互联网是另一种挑战了。对网络来说，众多参与者之间的协调更为重要。驱动力也不一样了。量子计算有明确的工业动机。与之相比，量子网络的许多动机源自造福社会，这些福利在短期内可能很难变现，比如增强隐私和安全性。经典信息技术发展的比较研究支持这一观点。互联网和万维网最初源于公共计划而非商业项目。互联网的前身是美国国防部高级研究计划局开发的世界上第一个运营的封包交换网络“阿帕网”(ARPANET)，万维网最初则是欧洲核子研究组织(CERN)的高能物理学家们为探索未知的粒子世界提出并且实现。
历史上，当令人兴奋的共同目标与无法克服的技术挑战并存，而其他方法无法解决这些问题时，就会采用大科学的方法。即使这种条件下，在高能物理、天文学等领域，向大科学的转变也并非易事。美国能源部费米国家加速器实验室(Fermilab)首任主任罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)就曾对大型项目管理的官僚作风表达过强烈不满。正如洛克希德·马丁公司前执行总裁诺曼·奥古斯丁(Norm Augustine)的假设，“如果有足够数量的管理层相互叠加，灾难就肯定会发生。”但总体而言，高能物理研究界支持大科学这个方向，因为它认识到要实现自己的科学目标，别无他法。
4. 量子互联网将是国际化的
顾名思义，量子互联网是全球性的，各国必须就技术和标准达成共识。量子互联网必不可少地将涵盖多种不同的技术和平台，所以各研究圈必须携手合作，从应对挑战、构建功能性量子互联网所需的方面入手，包括科学范围、目标、路线图、交付成果、资助模式、所有可行性论证。
在美国，国家标准与技术研究院(NIST)孵化并得到了行业支持的量子经济发展联盟(Quantum Economy Development Consortium, QED-C)负责为量子设备和系统开发供应链。该组织还致力于确保行业、国家实验室以及学术界的界限融合。这些功能在当前的研发时代乃至未来的量子技术时代都至关重要。
公私合作尤其值得关注，有助于建立信任，解决利益冲突和监管问题。公私合作的程度有赖于社会认识到科学技术是长期经济增长的驱动力，需要政府大规模投资，以及行业投资作补充。
5. 让量子互联网成功
文章认为，量子互联网也需要大科学的方法。各国量子科学圈面临的挑战是找到与他们的体制兼容的组织方法。在美国，国家实验室在协调涉及多机构合作的大科学项目方面经验丰富，可以将这种经验用于量子科学，尤其是量子互联网。文章提到，在美国，国家量子计划(National Quantum Initiative)倡导国家合作，可作为国际项目和全球项目的坚实基础，美国能源部近期还发布了量子互联网蓝图。
量子科学家找到有效的合作方式，让跨学科专家加入他们的工作;大规模的多组织结构(包括学术界、工业界、国家实验室和联邦机构)来制定具有明确科学和技术责任的路线图。权威、负责任的实体，再加上适当的资源——在这些条件下，量子互联网就能成为科学、技术和社会的一个重要成功案例。
[1] 加拿大卡尔加里大学量子科学与技术研究所教授克里斯托弗•西蒙(Christoph Simon)，美国加州理工学院量子技术联盟执行主任玛利亚•斯宾诺普鲁(Maria Spiropulu)
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