战略转型？美国将建国家量子虚拟实验室！

　　本周，美国国家科学基金会（NSF）发布了一份创建国家量子虚拟实验室的招标书，NSF将其描述为“一个总体性的共享基础设施，旨在促进从基础科学和工程到成果技术的转化，同时强调和推进其科学和技术价值。”

　　/文件目录/

　　简介

　　计划说明

　　奖励信息

　　资格信息

　　提案准备和提交说明

　　建议书准备说明

　　预算信息

　　截止日期

　　国家自然科学基金申请书处理和评审程序

　　评审原则和标准

　　评审和遴选程序

　　授标管理信息

　　其他信息

　　NQVL是一项广泛努力的一部分，旨在显著扩大研究人员对量子信息科学技术的获取和使用。NSF表示：“NQVL的研究人员将探索量子前沿，促进量子信息科学劳动力的教育和培训，参与各级外联活动，促进量子信息科学的广泛参与、多样性、公平性和包容性，从而降低研究企业所有入口的障碍。”

　　国家量子虚拟实验室项目招标

　　美国国家量子计划(NQI)法案旨在确保美国在量子信息科学与技术领域的持续领先地位。根据NQI的目标，提出了重新强调识别和促进量子技术的早期采用，以改变量子信息科学与工程（QISE）领域，并加速对社会产生更广泛的影响。

　　NQI通过将其他科学和工程领域以及其他经济部门的最终用户和潜在客户纳入研究、开发和示范周期，以系统化的方法使量子技术平台成熟，从而降低最终用户开拓新应用的门槛。NSF对QISE中的应用启发和转化研究的支持，结合了其对基础研究的现有支持力度，预计将加速量子技术市场的发展。

　　通过此次计划招标，NSF表示，“基金会引入国家量子虚拟实验室（NQVL）的概念，作为一个总体共享基础设施，旨在促进从基础科学和工程到成果技术的转化，同时强调和推进其科学和技术价值。NQVL旨在开发和利用以使用为灵感、以应用为导向的量子技术。”

　　“在此过程中，NQVL的研究人员将探索量子前沿、促进QISE人才队伍的教育和培训，参与各级外联活动，促进QISE的广泛参与、多样性、公平性和包容性，从而降低研究企业所有切入点的障碍。要使该计划取得成功，整个美国QISE社区的参与是必不可少的，事实上，该项目的设计旨在让所有具有专长的组织参与进来。特别是，NSF认识到行业合作伙伴的参与是必不可少的，并将欢迎这些合作伙伴成为整体结构的一部分。同时也鼓励与NQI框架下的其他美国联邦机构建立合作伙伴关系。”

　　本次招标为整个NQVL计划提出了愿景，其中包括量子科技示范（QSTD）项目、通过量子系统变革性进展（TAQS）支持使能技术以及中央协调中心。

　　目前，正在征集试验阶段的QSTD提案。

注册千万、三大组织、持续数年

　　NSF NQVL计划旨在成为一项全国性的、由社区推动的工作，支持从基础科学和工程到启发应用的顺利整合和转化。预计在两轮竞赛中，每轮将最多授予5项量子科技示范（QSTD）试点奖。

　　“获奖数量将取决于资金的可用性和提案的质量。预计资助金额：$10,000,000。本招标仅涉及NQVL计划的试点阶段。根据招标书，QSTD试验奖可获得最高100万美元的资助，为期12个月。”

　　以下是NSF招标书的摘录，其中有更多描述：

　　根据设想，NQVL由三个部分组成，但本次初步招标仅关注以下第一部分的试验阶段：

　　 -NQVL:QSTD，量子科技示范项目。这些项目将构成各项活动的科学和工程核心，这些活动将形成一个联合的NQVL基础设施，预计将经历三个阶段：试点、设计和实施。鉴于NQVL:QSTD活动的项目性质，预计参与者将经历所有三个项目开发阶段。

　　每个NQVL:QSTD项目都将确定一个量子优势目标和实现该目标的预计途径。预计该途径将重点关注量子系统的设计和集成，以及由广泛和多样化的用户社区开发的应用。通过这种系统设计和原型开发过程，该项目将把基础科学知识与最终用户社区确定的应用联系起来，并通过这些用户、系统工程师和基础科学开发人员之间的直接互动来促进这种联系。这些活动将得到适当规模的教育和劳动力发展计划的补充，以培训多样化的量子劳动力。

　　 -NQVL:TAQS，量子系统变革性进展。NSF旨在提供资源，支持NQVL:QSTD项目所确定的使能技术的研究和开发，使其在各个阶段都趋于成熟。NSF设想通过量子系统变革性进展（TAQS）计划的机制来实现这一目标，该计划是一个独立的资助机会，将满足NQVL基础设施的关键需求，并有助于扩大实验室对更广泛社区的访问。

　　 -NQVL:Central，规划与协调。NSF预计将支持一个NQVL中心枢纽，该枢纽将发挥三个不同的功能：i)促进NQVL项目团队之间的合作和联网；ii)促进广大QISE社区的参与、与其他机构的合作以及面向公众的推广活动；iii)促进社区监督以及成功指标和基准的制定。第一项功能将使各团队之间，（特别是在实施阶段）能够识别和潜在地交换组成部分。另外两个功能则是为了更好地向更广泛的QISE社区和公众负责。

　　因此，NQVL:Central将被要求作为不断发展的QISE学术团体的知识中心。NQVL:Central还将促进NQVL各单位与其他机构活动之间的联系，并建立行业参与QSTD目标的机制。除此之外，NQVL:Central将与量子经济发展联盟（QED-C）和专业协会建立联系，这些协会的成员包括现有和潜在的QISE从业人员。NQVL:Central将主办研讨会和科学项目，促进整个QISE社区的联系和传播。最后，NQVL中心将负责制定和维护NQVL投资战略计划，这是一份活的社区文件，旨在跟上该领域不断变化的趋势、社区目标的进展、管理和协调以及新方向的实施。

　　预计NQVL的发展将持续数年。

　　三个开发阶段

　　QSTD项目的三个开发阶段将按以下顺序进行：

　　 -试验阶段：国家自然科学基金委员会将资助两批共10个为期12个月的试点项目，每个项目的资助金额最高可达100万美元。奖励的数量将取决于资金的可用性和提案的质量。

　　项目实施九个月后，NSF将对每个试点项目进行小组评审。评审的目的是评估团队所取得的进展，提供反馈意见，并评估团队是否准备好进入QSTD开发流程的设计阶段。由于QSTD试点团队应相互协作、协调和配合，因此强烈鼓励协同增效。在达成共识并选定牵头组织后，QSTD试点团队也可选择在提交QSTD设计方案之前进行合并，以进入设计阶段。

　　 -设计阶段：国家自然科学基金旨在支持多达八个设计项目，项目持续时间不超过两年，每年的资助金额不超过200万美元。奖励的数量将取决于资金的可用性和提案的质量。

　　在项目实施九个月后，NSF将对每个设计项目进行实地考察小组评审。审查的目的是评估团队取得的进展，提供反馈意见，并评估团队是否准备好进入QSTD开发过程的实施阶段。实地考察的重点是设计项目的技术和项目管理审查。

　　设计项目有资格获得第二年的国家自然科学基金资助。因此，可在12个月后进行第二次现场考察小组审查。

　　与试点阶段的情况一样，在达成共识、选定牵头机构并获得国家自然科学基金委员会批准后，QSTD设计团队也可选择在提交QSTD实施建议书之前进行合并，以进入实施阶段。

　　 -实施阶段：国家自然科学基金旨在支持最多六个实施项目，期限为五年。国家自然科学基金委员会对QSTD实施项目的资助水平将根据QSTD项目的复杂程度而定，但预计每个项目每年的资助额度在700万美元至1000万美元之间。奖励的数量将取决于资金的可用性和提案的质量。QSTD实施项目有资格获得为期五年的一次性延期。

　　国家自然科学基金要求每个实施团队的领导在QSTD项目的科学和项目管理方面分工协作。项目经理将全权负责按时、按预算完成每一代QSTD项目。

　　如上所述，QSTD实施团队应相互协作、协调和配合。

　　这里有很多内容需要消化。试点阶段将重点关注QSTD项目概念设计的开发。实施阶段包括第一代QSTD系统的最终设计，随后是系统集成和初始原型的后续运行，同时继续开发下一代QSTD系统的使能技术。

　美国或将调整量子战略布局

　　现行的《美国国家量子计划法案》（QIA）于2018年12月签署成为法律，授权向美国国家标准与技术研究院（NIST）、能源部（DOE）和美国国家科学基金会（NSF）拨款12.75亿美元，用于推进量子信息科学研究以及为劳动力发展提供资金。

　　2022年8月，对QIA进行了修订，增加了5亿美元，用于能源部建立量子网络基础设施研发计划，还增加了1.65亿美元，用于能源部建立量子科技用户扩展（QUEST）计划。和今天一样，美国关注的是保持在该技术领域的领先地位——这是政治派别双方同样关心的问题。

　　2018年最初法案中包含的资金仅持续到2023年9月30日2023财政年度结束，美国国会目前正在考虑将该法案延长5年或更长时间。虽然不确定是否会延长，但现在很清楚的是，预算分配和重点领域很可能会发生变化。

　　2018年的重点是“科学第一”，将基础研究放在首位。这在当时是合适的，但五年后的今天，技术和市场已经发生了变化，因此业界希望看到一些变化。根据业界人士的建议汇总，预期的变化反映出了一个事实：即现在的整体量子生态系统和国际竞争水平已经不同于五年前。

　　以下列出的许多潜在变化的概念之一是更加注重应用和商业化，而不是纯粹的研究。

　　扩大政府机构的参与，特别是那些可能成为技术用户的机构。

　　最初的QIA为NSF、NIST和DOE提供资金。对量子技术有更大兴趣的其他机构可能包括国家卫生研究院（NIH）、美国国家航空航天局（NASA）、国土安全部（DHS）和国防部（DOD）。虽然这些机构中的一些从QIA之外的其他项目中获得了量子研究资金，但在QIA更新中为它们提供专项资金可能会有一些好处。

　　鼓励公共/私营合作伙伴关系，以帮助加速量子研究成果，将这些创新推向市场。

　　改善量子材料，为元件供应链提供资金支持。

　　加强支持与美国盟友的合作伙伴关系，利用其他国家的资源。

      业内建议摘录-

　　一个例子是NSF新成立了一个名为技术、创新与伙伴关系局（TIP）的部门。另一个例子是资助一个强化的QUEST项目，以扩大用户获取量子资源的途径，从而达到培训和应用开发的目的。

　　这样的计划可以使最终用户和量子劳动力发展受益，因为他们可以获得量子计算资源；而如果没有这种支持，他们可能负担不起这些资源。这也有利于供应商，帮助他们获得更多的收入来支持他们的量子业务。

　　尽管2018年QIA确实包括了发展量子劳动力的资金。当时的重点主要是支持研究生寻求奖学金或博士后进行量子研究。从那时起，涌现出了许多发展量子人才队伍的其他想法，包括支持希望进入量子领域的工程师和程序员、向高中和初中学生教授量子概念的早期教育、为本科生教授量子材料提供额外支持。

　　2018年，强大的量子供应链的可用性并不是一个很大的问题。大多数活动都是小批量研发：当时需要解决的根本问题更多。现在，由于基本原材料和组件的需求量更大，潜在的采购可能依赖于“不友好”的国家，满足需求的能力和供应商选择有限，因此存在更大的担忧。在2018年的QIA法案中，几乎没有资金用于解决这一问题，但这是企业现在每天都要面对的问题。例如，像氦-3这样的材料是稀释制冷机中使用的关键材料，其来源非常有限。针对其他可能是单一来源的部件，如果该供应商发生意外，则会带来巨大风险。

　　量子技术是一项难度很大的技术，要想取得成功，美国需要与友好盟国合作，帮助创新、推进技术发展，并利用其他国家的人才。为此，美国在过去几年中与荷兰、法国、丹麦、英国、澳大利亚、瑞典、芬兰、瑞士、日本等国签署了多项量子技术合作声明。尽管这些声明是很好的立场声明，但现在还没有看到任何具体的资金支持——2018年的QIA没有包括支持这类项目的资金。近年来，这些国家中的许多都为自己的内部项目提供了大量的预算资金，并且在量子技术方面比五年前要先进得多。此外，美国组织希望通过增加各种交流项目来利用外国人才，使签证更容易获得，并加快移民申请。

　　在美国国会考虑如何更新该法案时，他们有一个主要的关注点：他们非常希望保持美国的领先地位，同时确保美国的量子技术不会落入“不友好人士”之手。这将是一个平衡之举，因为严格的出口管制可能会损害技术的进步，但过于宽松的管制也会损害美国的利益。

　　现在，2018年QIA中12.75亿美元的资金是增加、减少还是保持不变，目前还不得而知。根据最近通过的债务上限法案，美国非国防开支在2024和2025财年将基本持平，甚至可能更高。因此，量子基金水平的任何增长都可能需要以牺牲政府预算中的其他项目为代价；我们目前无法预测绝对的资金水平，但可以肯定的是，不同的项目和部门在资金分配的重点和方式上将会有所不同。

　　然而，几乎可以肯定的是，量子计划法案一定会以某种形式得到延续。

　　参考链接：

　　[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/