投稿 — 量子拐点：为国家制定科学优先的路线图

作者：美国能源部负责科学事务的副部长 Dr. Darío Gil。他的办公室是全美最大的物理科学基础研究联邦赞助方，支持美国全部 17 个国家实验室，并负责包括高级计算、聚变、核物理和高能粒子物理、基础能源科学以及生物和环境研究在内的项目。

技术的每一次重大飞跃都预示着将重新定义探索的边界。量子计算 正迅速从基础实验室研究阶段转型为一种具有科学革命性的能力。随着这项技术的飞速发展，我们需要一条清晰、明确的成功路径。这就是为什么我要求科学办公室咨询委员会 (SCAC) 量子小组委员会承担一项雄心勃勃的任务：制定一份以里程碑为导向的路线图，目标是在 2028 年前演示一台具有科学相关性的纠错量子计算机，并阐明建立专用 量子计算 用户设施的长期愿景。

今天，我很自豪地分享他们新发布的报告：“SCAC 量子委员会报告：通往集成量子未来之路”。 它证实了我们科学界许多人的感受：我们已经达到了一个历史性的转折点。

我们现在的任务是确保美国在下一个探索时代保持领先。

超越硬件指标，迈向科学效用

多年来，量子领域的对话一直由以硬件为中心的里程碑所主导。虽然这些指标至关重要，但 SCAC 报告提出了一个关键的思想转变：成功必须以科学效用来衡量。

我们的目标不仅仅是建造最大的量子计算机；而是要解决那些在其他情况下完全无法处理的问题。我们谈论的是为药物研发预测精确的分子特性、为制造业设计极具变革性的 催化剂、模拟与聚变相关的材料，以及为早期宇宙的基础物理建模。

报告强调，能源部在领导这一转型方面具有得天独厚的优势。通过利用我们世界级的国家实验室、高性能计算 (HPC) 中心、试验台和现有的科学用户设施，我们可以将量子处理器直接集成到混合的经典-量子工作流中，从而加速现实世界的发现。

通往 2028 年及以后的阶段性路径

为了实现具有科学实用价值的量子计算机，SCAC 建议采用一个高度战略性的三阶段框架，该框架与我们的国家 Quantum Genesis Initiative 相一致：

1. 第一阶段：量子大挑战 (2026–2028)： 我们将建立多学科、竞争性的挑战项目，将国家实验室、大学和工业界联合起来。这些挑战将推动硬件、算法和软件的协同设计，以在 2028 年前实现特定的、以里程碑为导向的科学目标。
2. 第二阶段：DOE 量子计算 用户设施 (QCUF)： 利用大挑战中的经验教训，我们将规划并建立一个世界领先的用户设施。这不会是一个商业化的“黑匣子”云服务。相反，它将是一个开放、协作的科学仪器，研究人员可以在其中与技术提供商共同开发硬件架构、控制系统和软件栈。
3. 第三阶段：集成的量子未来 (2030+)： 最终，量子计算 不会孤立存在。我们设想未来量子协处理器、模拟器和传感器将无缝编织到更广泛的 DOE 科学事业中——增强我们的领先级 AI 和 HPC 网络。

合作伙伴关系与协同设计是我们的竞争优势

为了实现这一未来，我们必须打破传统障碍。SCAC 报告强调，当硬件开发人员和领域科学家并肩工作时，突破性科学就会产生。我们正在积极探索创新的合作伙伴模式，其中可能包括嵌入式协同设计奖学金、联合任命，以及工业界和我们国家实验室之间的共享技术人员。

关键在于，我们必须保持技术中立立场。该领域发展太快，不能过早地锁定单一硬件模式。无论是通过超导电路、中性原子、离子阱、光子学还是自旋量子比特，我们都将让经过验证的科学效用引导我们的长期投资。

前行之路

我要向小组委员会主席 Dr. Anna Grassellino、副主席 Dr. Supratik Guha，以及为本报告做出贡献的来自工业界、学术界和联邦机构的数百名利益相关者表示最深切的感谢。

我们正处于一个关键时刻。我们在未来三年内做出的选择和投资将塑造未来几十年的全球科学领导地位。 Together，我们不仅在共同建造量子计算机，还在建立一种全新的国家科学发现能力。

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