Quantum Computing: How to Address the National Security Risk

3. The United States versus China: Contrasting Strategies

 

he U.S. is widely regarded as the leader in quantum computing, thanks largely 

to the innovation and resources of the private sector. Nonetheless, China is 

closing the gap. 

 

The race to the world’s first quantum computer is characterized by an international 

competition for the best way to make and entangle qubits—the fundamental building 

blocks of quantum computers.  

Intel, for example, is working to develop “spin qubits,” which harness the spin states 

of single electrons. It hopes to then scale down these qubits and manufacture them 

out of silicon—no surprise given the computing giant’s existing semiconductor and 

silicon technologies.

35

  

In January 2018 Intel unveiled its 49-qubit quantum-processor chip, dubbed “Tangle 

Lake,” which uses superconducting circuits and operates at extremely cold 

temperatures.

36

 Superconducting circuits are arguably the most popular approach to 

building qubits and the one taken by Google, IBM, Rigetti Computing, and Quantum 

Circuits.

37

 The benefits of superconducting circuits are that they utilize existing 

technologies widely used in the semiconductor industry and compute quicker than 

qubits. Their drawback is the same as silicon qubits, namely that they require 

extremely cold temperatures in order to operate. 

In March, Google announced the development of its Bristlecone quantum processor, 

a 72-qubit chip it hopes will allow it to achieve quantum supremacy in 2018—a feat it 

incorrectly predicted it would achieve in 2017. Nonetheless, many experts see Google 

and Chinese company Alibaba in lockstep to reach quantum supremacy first, though 

Alibaba claims that Bristlecone’s technical imprecision will prevent Google from 

achieving quantum supremacy.

38

  

Another industry titan, IBM, has successfully built and measured an operational 

prototype 50-qubit processor. This builds upon the 20-qubit quantum computing 

35

 Jeremy Hsu, “CES 2018: Intel’s 49-Qubit Chip Shoots for Quantum Supremacy,” IEEE Spectrum, 

January 9, 2018, https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/hardware/intels-49qubit-chip-aims-

for-quantum-supremacy. 

36

 “2018 CES: Intel Advances Quantum and Neuromorphic Computing Research,” Intel Newsroom, 

January 8, 2018, https://newsroom.intel.com/news/intel-advances-quantum-neuromorphic-

computing-research/. 

37

 In short, superconducting circuits work when a resistance-free current oscillates around a circuit 

loop while a microwave signal places the current in a superposition state. Sam Sattel, “The Future of 

Computing—Quantum & Qubits,” EAGLE (blog), Autodesk 2D and 3D Design and Engineering 

Software, May 24, 2017, https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/future-computing-

quantum-qubits/. 

38

 Tom Simonite, “Google, Alibaba Spar Over Timeline for Quantum Supremacy,” Wired, May 20, 

2018, https://www.wired.com/story/google-alibaba-spar-over-timeline-for-quantum-supremacy/. 

T 

---

Arthur Herman & Idalia Friedson 

system accessible to third-party users through IBM’s cloud computing platform and 

will be made available in the next-generation IBM Q systems.

39

 

Additionally, American startup Rigetti Computing—founded by a former IBM 

employee—is making a name for itself. It is the only company besides IBM and 

Alibaba to make available to customers a programmable “quantum logic gate” model 

computer, i.e. a basic quantum circuit using a small number of qubits, in Rigetti’s 

case a 19-qubit processor.

40

 

Another model for creating qubits is ion trap computing, led in the U.S. by IonQ Inc., 

a start-up that was spun off from a University of Maryland lab.

41

 In ion trap 

computing, lasers are used to cool and trap ions, or electrically charged atoms, 

placing them in a superposition state. Remarkable progress has been achieved to 

date, and today’s ion traps can hold dozens of ions for hours and have coherence 

times longer than thousands of seconds. Furthermore, ion trap computing does not 

require extremely cool temperatures. One of the drawbacks, however, is that it is the 

slowest of all the qubit types in development and requires a multitude of compact 

lasers to remain stable.

42

  

Microsoft and Nokia Bell Labs are working on topological qubits, perhaps the most 

intriguing model because it relies on a particle whose existence is still theoretical and 

widely disputed.

43

 These majorana fermions, or “quasiparticles” as they are often 

known, reside at the boundary between two particles. In March 2018, Microsoft 

pointed to research in the journal Nature to highlight clear evidence of the existence 

of majorana fermions.

44

 The company also recently released a free preview version of 

its Quantum Development Kit, which includes its proprietary and domain-specific Q# 

programming language. 

In order to give the American effort in developing quantum computing technology a 

further boost, in June 2018, legislation was introduced in the U.S. House of 

Representatives (H.R. 6227), followed by companion legislation in the Senate (S. 

3143). The bill, nicknamed the National Quantum Initiative Act, calls for the 

39

 Will Knight, “IBM Raises the Bar with a 50-Qubit Quantum Computer,” MIT Technology Review, 

November 13, 2017, https://www.technologyreview.com/s/609451/ibm-raises-the-bar-with-a-50-

qubit-quantum-computer/. 

40

 “Rigetti Rolls Out Latest Forest Quantum Developer Environment,” HPCwire, February 27, 2018, 

https://www.hpcwire.com/2018/02/27/rigetti-rolls-latest-forest-quantum-developer-environment/ 

41

 Kathy-Anne Soderberg and John Harrington, “Changing Computing and Networking Forever, One 

Qubit at a Time,” Wright-Patterson Air Force Base, July 18, 2017, 

http://www.wpafb.af.mil/News/Article-Display/Article/1250638/changing-computing-and-

networking-forever-one-qubit-at-a-time/. 

42

 Sam Sattel, “The Future of Computing—Quantum & Qubits,” EAGLE (blog), Autodesk 2D and 3D 

Design and Engineering Software, May 24, 2017, 

https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/future-computing-quantum-qubits/. 

43

 Natalie Wolchover, “The Future of Quantum Computing Could Depend on This Tricky Qubit,” 

Wired, May 20, 2014, https://www.wired.com/2014/05/quantum-computing-topological-qubit/. 

44

 Jeremy Kahn, “Microsoft Edges Closer to Quantum Computer Based on Elusive Particle,” 

Bloomberg, March 28, 2018, https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-03-28/microsoft-

edges-closer-to-quantum-computer-based-on-elusive-particle. 

3 

3 

3 

16 

---