美国能源部拨款1200万美元研发用于聚变能源的量子技术研究

2020年4月20日，美国能源部官网发文，宣布将拨款1200万美元用于聚变能源的量子信息科学研究。

这一名为“聚变科学研究”（Fusion Energy Science，FES）的项目旨在从根本上提高对高温高密度态物质的认知，并为开发聚变能源奠定科学基础。为实现上述目标，本项目将：

①研究物质的第四态——等离子体，研究其在不同温度和密度情况下和周围环境如何相互作用；

②开发先进的测度方法，以对其特征和动力学性质进行详细度量；

③建立对应的理论和计算模型来解决基本的物理原理性问题等。

为在国会授权的能源部任务空间框架中实现研究的公共效益最大化，FES的一大措施是识别出科技领域中最有前途的、可以产生革命性影响的研究方向，以加速实现其目标。此外，FES支持的研究已经衍生出了聚变能源之外的应用，这些应用对几个领域产生了重大影响，提高了社会效益，增强了美国的竞争力。量子信息科学项目（Quantum Information Science，QIS）与FES项目具有关联性，并且具有上述特征。

QIS是一个快速发展的跨学科领域，并已被确立为一个重要的交叉课题；其对所有SC项目办公室都有潜在的影响。因此，为QIS的基础研究项目提供资金是SC的一个优先事项。在联邦层面，2018年12月21日，总统签署了第6227号法案，即《国家量子计划（NQI）法案》，该法案授权美国能源部进行QIS基础研究。

2018年5月，FES举办圆桌会议，通过识别以下内容来探索FES项目在QIS项目中的独特作用：

①FES所支持的可促进QIS发展的基础科学领域；

②可对FES研究产生革命性影响的QIS应用领域，包括聚变与发现等离子体科学等。

这次圆桌会议的目标是为FES提供一系列重点研究机会，这些机会可以为QIS未来的研究工作提供信息，并为该领域下一代研究人员建立一个社区。会议的主要发现被总结在了会议报告中，并于会后数月提交至FES项目组。

根据本次圆桌会议的结果报告，FES项目组正寻求筛选出下列几个方向的研究申请，包括：

（1）研发新的概念和算法，以利用新兴的量子计算机与纠错技术解决聚变和等离子体科学领域的重要问题

（2）识别能在短期内解决聚变和等离子体科学重要问题的量子模拟能力（如在5到10年内实现50到100个带噪量子比特位的仿真），以补齐经典模拟的短板并加以超越

（3）识别能够增强等离子体和聚变科学测度能力的量子传感方法

（4）利用高能密度实验等离子体（HEDLP）驱动器和技术，在超高压下形成新型量子材料，并将这些材料集成在一起，以推动QIS的发展

（5）探索相对论性等离子体科学在量子比特控制和量子通信领域的应用的研究

（6）等离子体模拟和控制（半）经典技术的改进及其在量子系统模拟和控制中的应用，诸如在基于捕获离子和电子的量子计算机系统中的应用等。

相关申请应利用传统力学及非量子系统中所不涉及的量子独有的行为特征，如叠加、纠缠和挤压等。所有研究申请应该展示其与上述FES和QIS目标的相关性，以及其对FES任务和/或QIS发展的影响。关于通用量子计算算法和计算硬件的研究资金申请，以及就其他SC项目的任务目标而提出的研究申请将被视为不符合要求，可能会不经审查就遭拒绝。 [新一代信息科技战略研究中心 徐婧]