2023年1月6日美国国家科学技术委员会（NATIONAL SCIENCE & TECHNOLOGY COUNCIL）量子信息科学小组委员会（QUANTUM INFORMATION SCIENCE COMMITTEE ON SCIENCE）发布《国家量子计划2023财年预算》。

《国家量子倡议(NQI)法案》于2018年12月颁布，以加速美国在量子技术领域的领导地位。NQI法案授权美国联邦部门和机构(以下简称“机构”)建立中心和财团，并开展新项目，以促进QIS研究和开发(R&D)。NQI法案还要求在整个联邦政府以及工业界和学术界协调QIS的研发工作。

在过去的一年里，拜登-哈里斯政府采取了重大措施，继续加快美国在QIS方面的领导地位。5月，总统签署了一份加强NQI咨询委员会的行政命令和一份关于促进美国在量子计算领域的领导地位，同时降低易受攻击的密码系统风险的国家安全备忘录。总之，这些命令强调了“全政府和全社会”方法推进该领域的重要性，同时采取重要步骤减轻任何潜在的经济或国家安全风险。

根据NQI法案第103(g)条的要求，这是NQI计划和预算的第三份年度报告。本报告是在NQI计划持续投资的基础上，建立了几个NQI中心、量子经济发展联盟和新的QIS研发活动。各机构报告了2019财年(FY) QIS研发的实际预算支出为4.49亿美元，2020财年为6.72亿美元，2021财年为8.55亿美元，其次是2022财年为QIS研发制定的预算授权9.18亿美元，2023财年为QIS研发申请的预算授权8.44亿美元。

根据《国家量子信息科学战略概述》，美国正在对基础量子信息系统的研发进行大量和持续的投资，以探索广泛的应用并培养发现文化。本报告确认了由几个机构资助的主要工作。此外，还概述了各机构在基础科学和工程投资、发展劳动力能力、与工业接触、投资基础设施、维护经济和国家安全以及鼓励国际合作等跨领域QIS政策主题上取得进展和付出的努力。

QIS可以对社会以及每个机构完成其使命的方式产生深远而积极的影响。认识到量子劳动力（多元化、包容性、反映整个社会）的重要性，各机构正在优先努力确保所有美国人都有机会从参与QIS中受益。此外，虽然QIS技术的发展还处于早期阶段，但现在是开发基础科学知识、基础设施和劳动力的关键时刻，这些都需要为受QIS启发的技术创建新的应用程序，扩大市场，并为该领域的基础、应用和转化研究培育一个生态系统。

Integrated quantum photonics uses classical integrated photonic technologies and devices for quantum applications. As in classical photonics, chip-scale integration has become critical for scaling up and translating laboratory demonstrators to real-life technologies. Integrated quantum photonics efforts are centred around the development of quantum photonic integrated circuits, which can be monolithically, hybrid or heterogeneously integrated. In this Roadmap, we argue, through specific examples, for the value that integrated photonics brings to quantum technologies and discuss what applications may become possible in the future by overcoming the current roadblocks. We provide an overview of the research landscape and discuss the innovation and market potential. Our aim is to stimulate further research by outlining not only the scientific challenges of materials, devices and components associated with integrated photonics for quantum technologies but also those related to the development of the necessary manufacturing infrastructure and supply chains for delivering these technologies to the market.

Integrated quantum photonics uses classical integrated photonic technologies and devices for quantum applications. As in classical photonics, chip-scale integration has become critical for scaling up and translating laboratory demonstrators to real-life technologies. Integrated quantum photonics efforts are centred around the development of quantum photonic integrated circuits, which can be monolithically, hybrid or heterogeneously integrated. In this Roadmap, we argue, through specific examples, for the value that integrated photonics brings to quantum technologies and discuss what applications may become possible in the future by overcoming the current roadblocks. We provide an overview of the research landscape and discuss the innovation and market potential. Our aim is to stimulate further research by outlining not only the scientific challenges of materials, devices and components associated with integrated photonics for quantum technologies but also those related to the development of the necessary manufacturing infrastructure and supply chains for delivering these technologies to the market.

Advances in science and technology over the past century have been driven by an improved understanding of matter on ultrashort length scales, reaching down to atomic dimensions. In contrast, methods aimed at understanding dynamics on the ultrafast time scales of atomic motion are comparatively new. Ultrafast characterization has already yielded crucial insights not attainable from slower measurements. The interplay between atomic-scale structure and the associated ultrafast dynamics governs the macroscopic functionality observed in matter. Understanding and controlling materials and chemical processes at these length and time scales are key to discovery and innovation to advance energy and related national priorities.

The recent availability of x-ray free-electron lasers (XFELs) provides a probe that simultaneously reaches the required resolution in both space and time. X-ray wavelengths extend down to the atomic scale, while x-ray pulse durations now lie in the femtosecond (10-15 seconds) range. This capability allows the evolution of materials and chemical processes to be followed on their natural time and length scales, providing fundamental scientific understanding of the complexity of the world around us.

Because of the transformative potential of new ultrafast x-ray characterization tools provided by XFELs, it is imperative to lay out a roadmap for the exciting scientific opportunities that can be explored using these research tools. To identify the highest priority research opportunities, the U.S. Department of Energy Office of Basic Energy Sciences (BES) convened a roundtable of experts in chemistry, materials physics, and ultrafast and x-ray science. This group of experimentalists and theorists met on October 25–26, 2017 to explore research opportunities that will leverage current and imminent ultrafast XFEL capabilities and advance the broader BES science mission. This report summarizes major new scientific frontiers that can be addressed by emerging XFEL capabilities. The conclusions of the roundtable discussion are summarized in the following three Priority Research Opportunities (PROs).

　　2020年1月21日，日本统合创新战略推进会议发布《量子技术创新战略（最终报告）》指出，从10～20年的中长期来看，“量子技术创新战略”将被确定为一项新的国家战略。日本统合创新战略推进会议于2018年设立，协调和推动高级信息和通信网络社会促进战略部、知识产权战略部、健康和医疗战略促进总部、宇宙开发战略总部、综合海洋政策总部以及地理空间信息利用促进委员会的工作。

　　报告指出，尽管日本在第五个“科学技术基本计划”（2016～2020年）和“综合创新战略”（2018）中将光量子技术定位为重要技术，但目前相关政府机构和企业正处于各自研发的阶段，尚未在国家层面开展统一协调的研发活动。目前，日本量子技术的发展已经落后于其他大国，这不利于国家的发展进步和民众的生活保障。

　　因此，日本将制定“量子技术创新战略”，作为未来10～20年的国家重要战略之一。今后，根据这一战略，日本的产业界、学术界和政府部门将一起共同合作努力，以强有力地促进和制定从研发到社会实施的广泛计划，推动量子技术创新。

　　报告明确了日本开展量子技术创新的三大基本原则：①实施量子技术创新战略，将量子技术与现有传统技术融为一体、综合推进，将量子技术创新战略与人工智能战略、生物技术战略相互融合、共同推进；②提出以量子技术为基础的三大社会愿景：实现生产革命，实现健康、长寿社会，确保国家和国民安全、安心；③提出实现量子技术创新的5个战略：技术发展战略、国际战略、产业与创新战略、知识产权与国际标准化战略、人才战略。

　　一、技术发展战略

　　1、主要技术领域

　　该战略将把4个技术领域设为“主要技术领域”，作为量子技术的基本技术领域。其目标是为每个优先技术问题制定“技术路线图”，并在这些路线图的基础上促进和部署如研发支持等战略计划。

　　（1）量子计算机与量子模拟

　　优先技术问题包括：门型量子计算机（超导量子位）；量子软件（门型/退火型量子计算机）；量子模拟（冷却原子）；退火量子计算机（超导量子比特）。

　　基本技术问题包括：硅量子比特，离子阱，光量子计算机等。

　　（2）量子测量/传感

　　重点技术问题包括：固态量子传感器（金刚石氮空位中心等）；量子惯性传感器和光学晶格钟；量子纠缠光学传感器。

　　基本技术问题包括：量子自旋电子传感器；重力传感器；阿秒激光等。

　　（3）量子通信/密码学

　　重点技术问题包括：量子通信/量子加密技术。

　　基本技术问题包括：量子中继技术（量子存储器、量子纠缠等）；网络技术（建设、运营、维护）等。

　　（4）量子材料

　　基本技术问题包括：拓扑量子材料（石墨烯等）；拓扑磁性材料；自旋电流材料等。

　　2、量子融合创新领域

　　“量子融合创新领域”被明确定义为与量子技术及相关技术集成和合作的新技术领域，其目标是将“量子融合创新领域”作为日本工业和创新未来发展的重中之重，为每个部门制定“融合领域路线图”，并在此基础上加强和促进研发支持等战略举措。

　　量子融合创新领域相关技术包括：

　　（1）量子人工智能技术：例如有监督/无监督学习等量子经典混合计算、算法/系统架构开发（包括利用量子启发技术）。

　　（2）量子生物技术：例如生物纳米量子传感器、量子纠缠光学成像、超极化/超小型MRI等超极化核磁共振技术。

　　（3）量子安全技术：例如量子安全云、光学/量子网络加密。

　　3、量子启发技术和准量子技术

　　“量子启发技术和准量子技术”是主要由日本企业开发的专有技术。日本将专注于将这些技术与量子技术相结合的“量子/经典混合”技术的研发，其目标是评估并确定日本有前途的量子启发技术和准量子技术，并尽快增强和促进战略研发和实际应用。制定技术战略计划，以在研发中期与工业化和商业化联系起来。

　　日本政府将通过提供研发资金等措施，支持企业将其拥有的量子启发技术和准量子技术通过产学合作和公私合作的方式进行创新研发和社会实施，如互补金属氧化物半导体（CMOS）退火计算机、数字退火计算机、模拟分叉计算机、LASOLV计算机等。

　　4、基础研究

　　虽然量子技术有望在未来显示出巨大的发展潜力，但许多技术仍处于基础研究阶段，并且从增加日本技术和人力资源的深度来看，从中长期角度出发，在基础研究阶段稳定地促进研发是极其重要的。

　　具有广泛基础的量子技术基础研究，包括了量子技术及其外围技术，例如微观结构分析、微细加工技术、光波控制/光学设备技术、半导体技术、稀释冰箱冷却技术、低温电子技术、分析和需求评估技术等。此外，还应促进这些基础技术的商业化和实际应用。因此，日本将进一步加强此类基础研究，包括上述1～3节中列出的技术领域和相关领域，同时稳步推进基础设施和设备的开发和共享。

　　二、国际战略

　　1、国际合作

　　目标是未来5年内与欧洲和美国建立政府层面的量子技术多边/双边合作框架。具体对策包括：与美国和欧盟讨论并就量子技术的多边框架达成协议，同时通过联合座谈会和研讨会等方式扩大研究合作；积极利用与美国、英国、德国等国的科学技术合作联合委员会等现有框架，讨论和推进两国间的量子技术具体合作框架；综合考虑特定国家和区域以及日本的优势，促进建立国际合作研究的联合资助机制以及举行联合座谈会。

　　2、全面的安全贸易管理

　　目标是对从事量子技术等先进技术研究的大学和研究机构，加强和促进管理体系的发展，包括遵守《外汇和对外贸易法》。具体对策包括：日本政府将根据有关加强敏感技术控制的国际讨论，推进和贯彻基于《外汇和对外贸易法》的安全贸易管理；将根据《安全贸易安全技术管理指南（面向大学和研究机构）》，进一步加强和促进大学和研究机构的安全贸易管理体系；大学和研究机构将根据这些法案，加快制定各自的安全出口管制条例，并通过向研究人员充分传播进一步加强运行系统。

　　三、产业与创新战略

　　1、组建“量子技术创新中心（国际中心）”

　　2020财年起的5年内，建立5个或更多的“量子技术创新中心（国际中心）”。候选中心名单包括：超导量子计算机研究中心，量子器件开发基地，量子软件研究中心，量子生命（生物）研究中心，量子材料研究中心，量子惯性传感器和光学晶格钟研究中心，量子安全研究中心。

　　2、成立量子技术创新委员会

　　未来5年内将成立量子技术创新委员会（暂定名称），该委员会由各个特定技术领域的大学、研究机构、企业等组成。候选委员会名单包括：量子计算机软件委员会，量子传感器利用委员会，量子材料利用委员会，量子信息与通信技术委员会。

　　3、建立创业投资环境

　　未来10年，以基于量子技术的大学、研究机构或企业为基础，创办10家以上量子技术风险投资公司。具体措施包括：鼓励大学、研究机构在相关法律规章范围内创办风险投资企业；政府通过“量子技术创新委员会”构建支持量子技术创新企业成长的发展环境；政府通过本系统管辖的金融机构和产业投资机构支持量子技术风险投资企业；以量子密码装置为代表，政府率先使用量子技术相关产品并促进其快速应用。

　　四、知识产权与国际标准化战略

　　1、知识产权战略

　　目标是基于量子技术的开放和封闭战略，促进知识产权的战略管理和利用。具体对策包括：政府将在大学和研究机构中促进基于开放和封闭战略的量子技术研发成果的管理和利用；促进大学将有前途的量子技术与企业需求对接，促进技术商业化。

　　2、国际标准化战略

　　目标是确定日本有优势且有望对经济产生重大影响的量子技术领域，并研究和促进获得国际标准的策略。具体对策包括：政府与大学和研究机构合作，支持在研发阶段获得相关技术的综合国际标准，重点放在优先技术问题上；政府与国际标准化有关的组织和认证组织等开展合作，针对需要标准化的技术，建立从技术识别到标准制定和认证的支持系统；政府将促进量子技术标准化人才的培养，这些人才可以参与国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）和国际电信联盟（ITU）等国际标准化组织的提案和审议。

　　五、人才战略

　　1、培训并确保优秀的人才资源

　　目标是未来5年内通过在大学和其他机构开设量子技术课程和专业，制定系统的教育计划，促进人才资源开发。具体对策包括：政府促进大学、研究机构、企业开展合作，探讨量子技术研究人员、工程技术人员的培养和发展政策体系，确保大学中此类人才的成长；与AI战略互动，设置和完善量子技术相关领域的专题课题和讲座，提供关于量子技术的专业化教育；开发与量子技术相关的大学教育系统（教材、课程等），在本科和研究生院推广使用，同时灵活运用网络教育模式；促进大学、研究机构与企业间人事交流、交叉任职，互相交流量子技术方面的新发现与技能。

　　2、促进高端学术交流和人才流动

　　目标是在多边和双边合作框架的基础上，在日本和海外顶级研究人员和工程师的参与下，每年举行一次国际量子技术创新研讨会，以开发并建立实现智力循环的环境。具体对策包括：以“量子技术创新中心”为基础，从海外引进量子技术领域优秀的研究人员和工程技术人员；大学和研究机构构建确保~工作和发展的良好环境，吸引博士后人才从事该领域研究；大学和科研机构为学生及年轻学者创造赴海外顶尖量子技术研发机构学习深造的机会，并确保学成归来积极投入本国的研究工作。

　　3、培养本土量子人才

　　目标是提供学习的机会，特别是为高中和技术学院的学生提供学习机会，并开展广泛的科学交流活动，以培育未来的本土量子人才。具体对策包括：大学加强数学和物理等理工科教育，确保对量子技术抱有浓厚兴趣的学生有机会学习量子力学、电子信息处理、物理材料科学等方面的课程；大学、研究机构、企业、科学馆等机构加强合作，举办公共科学交流活动，使民众有机会接触量子计算机等尖端量子技术。

2021年5月，QTEdu联盟发布了欧洲量子技术能力框架的第一版。能力框架旨在描绘量子技术的能力和技能格局，从而建立一种通用语言，促进教育生态系统中不同利益相关者之间的交流与合作，一共七个主要知识领域和一个专门用于技能培训的部分：

• 量子物理学的概念，
• 量子技术的物理基础，
• 使能技术，
• 量子计算机和传感器的硬件，
• 量子计算与模拟，
• 量子传感器和计量学，
• 量子通信，
• 实用和软技能。

法国的量子战略。

对于拥有许多资产的法国来说，这一策略是一项重大挑战：拥有卓越水平的大型实验室（其中一些实验室已获得诺贝尔奖），庞大的公司和工业家社区，或者甚至是致力于量子技术的第一笔资金。

此举与过去三年中为支持法国研究而实施的措施相吻合：

研究计划法；

未来的投资计划；

法国Relance计划；

人工智能计划。

共和国总统宣布 启动国家量子战略，其中包括：

为研究人员提供新资源，包括培训，还为初创企业和制造商提供资源；

量子计算的发展；

投资有关量子的所有技术：通信，传感器，密码学。

这也是一个宏伟的计划：

未来五年的总额为18亿欧元，其中包括来自国家的10亿欧元；

该计划使法国在国际上处于很高的水平。

这绝对是一项重大的努力，这首先证明了政府和共和国总统的意愿，使法国成为欧洲和国际一级这些技术的主要参与者之一。

INTRODUCTION

Under the Trump Administration, the United States has made American leadership in quantum information science (QIS) a critical priority for ensuring our Nation’s long-term economic prosperity and national security. Harnessing the novel properties of quantum physics has the potential to yield transformative new technologies, such as quantum computers, quantum sensors, and quantum networks.

The United States has taken significant action to strengthen Federal investments in QIS research and development (R&D) and prepare a quantum-ready workforce. In 2018, the White House Office of Science and Technology Policy (OSTP) released the National Strategic Overview for Quantum Information Science, the U.S. national strategy for leadership in QIS. Following the strategy, President Trump signed the bipartisan National Quantum Initiative Act into law, which bolstered R&D spending and established the National Quantum Coordination Office (NQCO) to increase the coordination of quantum policy and investments across the Federal Government.

Building upon these efforts, the Quantum Frontiers Report on Community Input to the Nation’s Strategy for Quantum Information Science outlines eight frontiers that contain core problems with fundamental questions confronting QIS today:

• Expanding Opportunities for Quantum Technologies to Benefit Society

• Building the Discipline of Quantum Engineering

• Targeting Materials Science for Quantum Technologies

• Exploring Quantum Mechanics through Quantum Simulations

• Harnessing Quantum Information Technology for Precision Measurements

• Generating and Distributing Quantum Entanglement for New Applications

• Characterizing and Mitigating Quantum Errors

• Understanding the Universe through Quantum Information

These frontier areas, identified by the QIS research community, are priorities for the government, private sector, and academia to explore in order to drive breakthrough R&D.

As background for this report, Federal agencies on the National Science and Technology Council Subcommittee on QIS have engaged with the QIS research community through public requests for information (RFI) [1] and through a series of QIS workshops, roundtables, and technical studies led by experts and stakeholders in the QIS R&D community. The NQCO analyzed the RFI responses and workshop readouts and found several recurring themes. This report summarizes and organizes the community input in order to focus the Nation’s QIS research, academic, private sector, and Federal Government leaders on frontiers where key questions must be answered to enable the full potential of QIS. The Trump Administration remains committed to maintaining and strengthening America’s QIS leadership and unleashing the promise of this emerging field to improve the prosperity, security, and well-being of the American people.

Contents

p-1: KAGRA joined International GW Network

p-2: LVK-MoA and Our required actions

p-3: New KSC board started

p-4: KSC organization chart (as of November 2019)

p-4: New EO members, SEO set Run Coordinator

p-5: Count down for the start of joint observation

p-5: Operator shift & Collaborator shift from December 17

p-6: Brief Guide to Mozumi, KAGRA office

p-8: Mass of media propagate KAGRA’s completion, Cafe KAGRA returns, Science Cafe in Gifu City

p-9: Face-to-Face 23 at Univ. Toyama, August 22-24

p-9: Face-to-Face 24 at RESCEU, December 4-5

p-10: Probing Our Universe with Quantum Technologies

p-10: Six topics in the Frontiers of Science symposium

p-11: Poster Award Winners at F2F23

p-12: Poster Prize at TAUP2019, Poster Prize at GWPAW2019

p-13: Jun’ichi Yokoyama was elected to the president of AAPPS

p-13: Keiko Kokeyama in Malaysia

p-14: Student Presentation Award of the PSJ, September

p-15: Proposals of KAGRA as a dark matter detector

p-16: Masafumi Kurachi, research administrator of ICRR Kamioka

p-17: We hear that….

p-18: New collaborators

Table of Contents

Executive Summary ........................................................................................................................................................................ 9

Day 1: Wednesday, November 20, 2019 ...................................................................................................................................... 11

Board Convenes / Mr. James J. Miller .................................................................................................................................... 11

Welcome and Kick-Off / ADM Thad Allen, Chair; Mr. John Stenbit, Deputy Chair; Dr. Bradford Parkinson, 1st Vice-Chair;

Gov. Jim Geringer, 2nd Vice-Chair .......................................................................................................................................... 11

Purpose of U.S. PNTAB: Assuring PNT For All and Exploiting Global Navigation Satellite Systems (GNSS) for Future

Applications / Dr. Bradford Parkinson .................................................................................................................................... 11

National Coordination Office for Space-based Positioning, Navigation, and Timing / Mr. Harold (Stormy) Martin ............. 14

Update on Air Force Space Command Reorganization Activities / Lt Gen David Thompson ................................................ 15

GPS Program Status & Modernization Milestones / Lt Col Ken McDougall ......................................................................... 15

U.S. Department of Transportation (DOT) Developments on PNT Resiliency / Dr. Andrew Hansen .................................... 17

DHS S&T PNT Program and Conformance Framework / Mr. Ernest Wong; Ms. Brannan Villee ........................................ 17

The Flip: Robust Timing Applications Using GPS / Dr. Arthur K. Scholz ............................................................................. 18

Introduction to the National Space Council (NSpC) Users’ Advisory Group (UAG) / ADM Jim Ellis ................................. 19

Economic Benefits of the Global Positioning System (GPS) / Dr. Michael P. Gallaher ......................................................... 19

Socio-Economic Studies of GPS / Dr. Irving Leveson .......................................................................................................... 20

Why Wait? / Dr. Yoaz Bar-Sever .......................................................................................................................................... 21

Compatibility of Terrestrial Reference Frames used in GNSS Broadcast Messages / Mr. Stephen Malys ........................... 22

Recent Developments within the International Committee on GNSS (ICG) on the Use and Applications for PNT /

Ms. Sharafat Gadimova .......................................................................................................................................................... 22

GNSS for the Developing World / Dr. Patricia Doherty ......................................................................................................... 23

Augmenting GPS with PNT from Low Earth Orbit (LEO) / Dr. Peter Iannucci .................................................................... 23

Ensuring PNT Robustness, Resiliency, & Interoperability / Dr. Oscar Pozzobon ................................................................. 24

Interoperable GNSS Space Service Volume (SSV) / Dr. Werner Enderle …………………………………………………... 25

Advancing Space Use of GNSS to Cis-lunar Space & Beyond / Dr. Ben Ashman ................................................................ 26

Day 2: Thursday, November 21, 2019 ......................................................................................................................................... 27

Board Reconvenes / Mr. J. J. Miller ........................................................................................................................................ 27

PNT Board Roundtable Feedback & Deliberations / All Members, led by Chairs ................................................................. 27

Way Forward / ADM Thad Allen ........................................................................................................................................... 34

Representative & International Updates & Perspectives: ........................................................................................................ 34

Dr. Gerhard Beutler, Switzerland .................................................................................................................................... 34

Dr. Kurt Zimmerman, GPSIA ......................................................................................................................................... 34

Mr. Matt Higgins, Australia ............................................................................................................................................ 35

Dr. Refaat Rashad, Egypt ................................................................................................................................................ 35

Final Comments / ADM Thad Allen: ...................................................................................................................................... 35

Appendices

Appendix A: Advisory Board Members ................................................................................................................................. 37

Appendix B: List of Presentations .......................................................................................................................................... 38

Appendix C: Sign-In List ........................................................................................................................................................ 39

Appendix D: Acronyms and Definitions ................................................................................................................................. 41