美国NSF成立三个新研究所以应对量子信息科学的关键挑战

2020年7月21日，美国国家科学基金会（NSF）与白宫科技政策办公室（OSTP）合作，宣布拨款7500万美元资助三个量子跃迁研究所，旨在未来5年克服量子信息科学与工程领域的基础研究障碍。美国政府希望通过三个研究所的建设，使美国在未来继续成为量子信息科学（QIS）研究的聚集地。

一、量子领域新研究所

NSF正在建立的三个量子跃迁挑战研究所（QLCI）分别是：

（1）研究利用关联量子态增强传感和分布的QLCI。

在辐射或重力等环境中可以测量一切的量子传感器，将比传统传感器更加灵敏和准确。该研究所由科罗拉多大学牵头，负责精密测量领域量子传感技术的设计、开发和应用。

（2）研究混合量子架构和网络的QLCI。

开发更加健壮的量子处理器是量子信息科学和工程的一个重大挑战。该研究所由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校牵头，负责建设由小型量子处理器组成的互联网络，并进行功能测试以供实际应用。

（3）研究当前和未来量子计算的QLCI。

当前的量子计算原型机规模很小且容易出错。该研究所由加州大学伯克利分校牵头，负责设计先进大型量子计算机，为现有和未来的量子计算平台开发有效的算法，并最终证明量子计算机性能优于任何传统计算机。这些研究所将促成一个互联社区，包括16个核心学术机构、8个国家实验室、22个行业合作伙伴，通过融合多学科和多领域的观点和资源，促进可持续创新生态系统的形成。除了研究工作之外，它们还将在教育和培训多样化量子领域劳动力方面取得长足进展，为各级教育的学生和教师开发新的线上和线下课程。

二、量子领域新研究所建设背景

2018年美国OSTP发布第一个全国性的QIS战略计划——“量子信息科学国家战略概览”，就QIS的优先事项为政府、私营部门和学术界提供指导。同年，美国政府签署两党联立的《国家量子计划法案》，确保了QIS的国家资助，同时加强了联邦合作。2019年，白宫成立国家量子协调办公室，以协调和加强整个联邦政府的量子政策和研发投资。

2020年，围绕量子计算的立法提案以及量子研发双倍投资承诺的总统预算，都彰显了美国在量子领域的积极努力。美国NSF一直致力于在量子信息科学和工程领域实现突破，希望通过研究人员对量子现象的认知来开发诸如量子计算机、传感器和通信等技术，从而对国家和全球经济产生巨大的影响。

美国NSF于2019年2月发布“量子跃迁挑战研究所（QLCI）”计划建设指南，计划提供9400万美元推动量子信息科学与工程前沿。

2019年7月美国NSF推进QLCI计划，开始征集提案准备资助量子研究所，研究所将采用多学科研究方法，研究量子技术的计算、通信、传感和模拟四大领域，以期使计算机和信息系统发生革命性变化。

这些量子研究所是QLCI计划的核心内容，也是美国NSF响应联邦政府发展量子信息科学关键举措的核心部分。