戰略轉型？美國將建國家量子虛擬實驗室！

　　本周，美國國家科學基金會（NSF）發布了一份創建國家量子虛擬實驗室的招標書，NSF將其描述為“一個總體性的共享基礎設施，旨在促進從基礎科學和工程到成果技術的轉化，同時強調和推進其科學和技術價值。”

　　/文件目錄/

　　簡介

　　計劃說明

　　獎勵信息

　　資格信息

　　提案準備和提交說明

　　建議書準備說明

　　預算信息

　　截止日期

　　國家自然科學基金申請書處理和評審程序

　　評審原則和標準

　　評審和遴選程序

　　授標管理信息

　　其他信息

　　NQVL是一項廣泛努力的一部分，旨在顯著擴大研究人員對量子信息科學技術的獲取和使用。NSF表示：“NQVL的研究人員將探索量子前沿，促進量子信息科學勞動力的教育和培訓，參與各級外聯活動，促進量子信息科學的廣泛參與、多樣性、公平性和包容性，從而降低研究企業所有入口的障礙。”

　　國家量子虛擬實驗室項目招標

　　美國國家量子計劃(NQI)法案旨在確保美國在量子信息科學與技術領域的持續領先地位。根據NQI的目標，提出了重新強調識別和促進量子技術的早期采用，以改變量子信息科學與工程（QISE）領域，并加速對社會產生更廣泛的影響。

　　NQI通過將其他科學和工程領域以及其他經濟部門的最終用戶和潛在客戶納入研究、開發和示范周期，以系統化的方法使量子技術平臺成熟，從而降低最終用戶開拓新應用的門檻。NSF對QISE中的應用啟發和轉化研究的支持，結合了其對基礎研究的現有支持力度，預計將加速量子技術市場的發展。

　　通過此次計劃招標，NSF表示，“基金會引入國家量子虛擬實驗室（NQVL）的概念，作為一個總體共享基礎設施，旨在促進從基礎科學和工程到成果技術的轉化，同時強調和推進其科學和技術價值。NQVL旨在開發和利用以使用為靈感、以應用為導向的量子技術。”

　　“在此過程中，NQVL的研究人員將探索量子前沿、促進QISE人才隊伍的教育和培訓，參與各級外聯活動，促進QISE的廣泛參與、多樣性、公平性和包容性，從而降低研究企業所有切入點的障礙。要使該計劃取得成功，整個美國QISE社區的參與是必不可少的，事實上，該項目的設計旨在讓所有具有專長的組織參與進來。特別是，NSF認識到行業合作伙伴的參與是必不可少的，并將歡迎這些合作伙伴成為整體結構的一部分。同時也鼓勵與NQI框架下的其他美國聯邦機構建立合作伙伴關系。”

　　本次招標為整個NQVL計劃提出了愿景，其中包括量子科技示范（QSTD）項目、通過量子系統變革性進展（TAQS）支持使能技術以及中央協調中心。

　　目前，正在征集試驗階段的QSTD提案。

注冊千萬、三大組織、持續數年

　　NSF NQVL計劃旨在成為一項全國性的、由社區推動的工作，支持從基礎科學和工程到啟發應用的順利整合和轉化。預計在兩輪競賽中，每輪將最多授予5項量子科技示范（QSTD）試點獎。

　　“獲獎數量將取決于資金的可用性和提案的質量。預計資助金額：$10,000,000。本招標僅涉及NQVL計劃的試點階段。根據招標書，QSTD試驗獎可獲得最高100萬美元的資助，為期12個月。”

　　以下是NSF招標書的摘錄，其中有更多描述：

　　根據設想，NQVL由三個部分組成，但本次初步招標僅關注以下第一部分的試驗階段：

　　 -NQVL:QSTD，量子科技示范項目。這些項目將構成各項活動的科學和工程核心，這些活動將形成一個聯合的NQVL基礎設施，預計將經歷三個階段：試點、設計和實施。鑒于NQVL:QSTD活動的項目性質，預計參與者將經歷所有三個項目開發階段。

　　每個NQVL:QSTD項目都將確定一個量子優勢目標和實現該目標的預計途徑。預計該途徑將重點關注量子系統的設計和集成，以及由廣泛和多樣化的用戶社區開發的應用。通過這種系統設計和原型開發過程，該項目將把基礎科學知識與最終用戶社區確定的應用聯系起來，并通過這些用戶、系統工程師和基礎科學開發人員之間的直接互動來促進這種聯系。這些活動將得到適當規模的教育和勞動力發展計劃的補充，以培訓多樣化的量子勞動力。

　　 -NQVL:TAQS，量子系統變革性進展。NSF旨在提供資源，支持NQVL:QSTD項目所確定的使能技術的研究和開發，使其在各個階段都趨于成熟。NSF設想通過量子系統變革性進展（TAQS）計劃的機制來實現這一目標，該計劃是一個獨立的資助機會，將滿足NQVL基礎設施的關鍵需求，并有助于擴大實驗室對更廣泛社區的訪問。

　　 -NQVL:Central，規劃與協調。NSF預計將支持一個NQVL中心樞紐，該樞紐將發揮三個不同的功能：i)促進NQVL項目團隊之間的合作和聯網；ii)促進廣大QISE社區的參與、與其他機構的合作以及面向公眾的推廣活動；iii)促進社區監督以及成功指標和基準的制定。第一項功能將使各團隊之間，（特別是在實施階段）能夠識別和潛在地交換組成部分。另外兩個功能則是為了更好地向更廣泛的QISE社區和公眾負責。

　　因此，NQVL:Central將被要求作為不斷發展的QISE學術團體的知識中心。NQVL:Central還將促進NQVL各單位與其他機構活動之間的聯系，并建立行業參與QSTD目標的機制。除此之外，NQVL:Central將與量子經濟發展聯盟（QED-C）和專業協會建立聯系，這些協會的成員包括現有和潛在的QISE從業人員。NQVL:Central將主辦研討會和科學項目，促進整個QISE社區的聯系和傳播。最后，NQVL中心將負責制定和維護NQVL投資戰略計劃，這是一份活的社區文件，旨在跟上該領域不斷變化的趨勢、社區目標的進展、管理和協調以及新方向的實施。

　　預計NQVL的發展將持續數年。

　　三個開發階段

　　QSTD項目的三個開發階段將按以下順序進行：

　　 -試驗階段：國家自然科學基金委員會將資助兩批共10個為期12個月的試點項目，每個項目的資助金額最高可達100萬美元。獎勵的數量將取決于資金的可用性和提案的質量。

　　項目實施九個月后，NSF將對每個試點項目進行小組評審。評審的目的是評估團隊所取得的進展，提供反饋意見，并評估團隊是否準備好進入QSTD開發流程的設計階段。由于QSTD試點團隊應相互協作、協調和配合，因此強烈鼓勵協同增效。在達成共識并選定牽頭組織后，QSTD試點團隊也可選擇在提交QSTD設計方案之前進行合并，以進入設計階段。

　　 -設計階段：國家自然科學基金旨在支持多達八個設計項目，項目持續時間不超過兩年，每年的資助金額不超過200萬美元。獎勵的數量將取決于資金的可用性和提案的質量。

　　在項目實施九個月后，NSF將對每個設計項目進行實地考察小組評審。審查的目的是評估團隊取得的進展，提供反饋意見，并評估團隊是否準備好進入QSTD開發過程的實施階段。實地考察的重點是設計項目的技術和項目管理審查。

　　設計項目有資格獲得第二年的國家自然科學基金資助。因此，可在12個月后進行第二次現場考察小組審查。

　　與試點階段的情況一樣，在達成共識、選定牽頭機構并獲得國家自然科學基金委員會批準后，QSTD設計團隊也可選擇在提交QSTD實施建議書之前進行合并，以進入實施階段。

　　 -實施階段：國家自然科學基金旨在支持最多六個實施項目，期限為五年。國家自然科學基金委員會對QSTD實施項目的資助水平將根據QSTD項目的復雜程度而定，但預計每個項目每年的資助額度在700萬美元至1000萬美元之間。獎勵的數量將取決于資金的可用性和提案的質量。QSTD實施項目有資格獲得為期五年的一次性延期。

　　國家自然科學基金要求每個實施團隊的領導在QSTD項目的科學和項目管理方面分工協作。項目經理將全權負責按時、按預算完成每一代QSTD項目。

　　如上所述，QSTD實施團隊應相互協作、協調和配合。

　　這里有很多內容需要消化。試點階段將重點關注QSTD項目概念設計的開發。實施階段包括第一代QSTD系統的最終設計，隨后是系統集成和初始原型的后續運行，同時繼續開發下一代QSTD系統的使能技術。

　美國或將調整量子戰略布局

　　現行的《美國國家量子計劃法案》（QIA）于2018年12月簽署成為法律，授權向美國國家標準與技術研究院（NIST）、能源部（DOE）和美國國家科學基金會（NSF）撥款12.75億美元，用于推進量子信息科學研究以及為勞動力發展提供資金。

　　2022年8月，對QIA進行了修訂，增加了5億美元，用于能源部建立量子網絡基礎設施研發計劃，還增加了1.65億美元，用于能源部建立量子科技用戶擴展（QUEST）計劃。和今天一樣，美國關注的是保持在該技術領域的領先地位——這是政治派別雙方同樣關心的問題。

　　2018年最初法案中包含的資金僅持續到2023年9月30日2023財政年度結束，美國國會目前正在考慮將該法案延長5年或更長時間。雖然不確定是否會延長，但現在很清楚的是，預算分配和重點領域很可能會發生變化。

　　2018年的重點是“科學第一”，將基礎研究放在首位。這在當時是合適的，但五年后的今天，技術和市場已經發生了變化，因此業界希望看到一些變化。根據業界人士的建議匯總，預期的變化反映出了一個事實：即現在的整體量子生態系統和國際競爭水平已經不同于五年前。

　　以下列出的許多潛在變化的概念之一是更加注重應用和商業化，而不是純粹的研究。

　　擴大政府機構的參與，特別是那些可能成為技術用戶的機構。

　　最初的QIA為NSF、NIST和DOE提供資金。對量子技術有更大興趣的其他機構可能包括國家衛生研究院（NIH）、美國國家航空航天局（NASA）、國土安全部（DHS）和國防部（DOD）。雖然這些機構中的一些從QIA之外的其他項目中獲得了量子研究資金，但在QIA更新中為它們提供專項資金可能會有一些好處。

　　鼓勵公共/私營合作伙伴關系，以幫助加速量子研究成果，將這些創新推向市場。

　　改善量子材料，為元件供應鏈提供資金支持。

　　加強支持與美國盟友的合作伙伴關系，利用其他國家的資源。

      業內建議摘錄-

　　一個例子是NSF新成立了一個名為技術、創新與伙伴關系局（TIP）的部門。另一個例子是資助一個強化的QUEST項目，以擴大用戶獲取量子資源的途徑，從而達到培訓和應用開發的目的。

　　這樣的計劃可以使最終用戶和量子勞動力發展受益，因為他們可以獲得量子計算資源；而如果沒有這種支持，他們可能負擔不起這些資源。這也有利于供應商，幫助他們獲得更多的收入來支持他們的量子業務。

　　盡管2018年QIA確實包括了發展量子勞動力的資金。當時的重點主要是支持研究生尋求獎學金或博士后進行量子研究。從那時起，涌現出了許多發展量子人才隊伍的其他想法，包括支持希望進入量子領域的工程師和程序員、向高中和初中學生教授量子概念的早期教育、為本科生教授量子材料提供額外支持。

　　2018年，強大的量子供應鏈的可用性并不是一個很大的問題。大多數活動都是小批量研發：當時需要解決的根本問題更多。現在，由于基本原材料和組件的需求量更大，潛在的采購可能依賴于“不友好”的國家，滿足需求的能力和供應商選擇有限，因此存在更大的擔憂。在2018年的QIA法案中，幾乎沒有資金用于解決這一問題，但這是企業現在每天都要面對的問題。例如，像氦-3這樣的材料是稀釋制冷機中使用的關鍵材料，其來源非常有限。針對其他可能是單一來源的部件，如果該供應商發生意外，則會帶來巨大風險。

　　量子技術是一項難度很大的技術，要想取得成功，美國需要與友好盟國合作，幫助創新、推進技術發展，并利用其他國家的人才。為此，美國在過去幾年中與荷蘭、法國、丹麥、英國、澳大利亞、瑞典、芬蘭、瑞士、日本等國簽署了多項量子技術合作聲明。盡管這些聲明是很好的立場聲明，但現在還沒有看到任何具體的資金支持——2018年的QIA沒有包括支持這類項目的資金。近年來，這些國家中的許多都為自己的內部項目提供了大量的預算資金，并且在量子技術方面比五年前要先進得多。此外，美國組織希望通過增加各種交流項目來利用外國人才，使簽證更容易獲得，并加快移民申請。

　　在美國國會考慮如何更新該法案時，他們有一個主要的關注點：他們非常希望保持美國的領先地位，同時確保美國的量子技術不會落入“不友好人士”之手。這將是一個平衡之舉，因為嚴格的出口管制可能會損害技術的進步，但過于寬松的管制也會損害美國的利益。

　　現在，2018年QIA中12.75億美元的資金是增加、減少還是保持不變，目前還不得而知。根據最近通過的債務上限法案，美國非國防開支在2024和2025財年將基本持平，甚至可能更高。因此，量子基金水平的任何增長都可能需要以犧牲政府預算中的其他項目為代價；我們目前無法預測絕對的資金水平，但可以肯定的是，不同的項目和部門在資金分配的重點和方式上將會有所不同。

　　然而，幾乎可以肯定的是，量子計劃法案一定會以某種形式得到延續。

　　參考鏈接：

　　[1]https://www.nsf.gov/pubs/2023/nsf23604/nsf23604.htm?org=NSF

　　[2]https://www.hpcwire.com/2023/07/18/nsf-seeks-proposals-for-national-quantum-virtual-laboratory/

　　[3]https://profitablefirsttimehomebuyer.com/nsf-proposal-and-awards-policies-and-procedures-guide

　　[4]https://quantumcomputingreport.com/how-the-u-s-national-quantum-initiative-act-might-change-when-it-is-renewed/