2月19日，美国国家科学基金会（NSF）发布“量子飞跃前沿研究院（QLCI）”项目指南^[1]，拟提供9400万美元推动量子信息科学与工程前沿，涵盖量子计算、量子通信、量子模拟和量子传感等研究主题。QLCI拟资助两大类项目：为期1年的概念项目，预设15～25项，每项资助额不超15万美元；为期5年的挑战研究所建立与运营项目，预设1～3项，每项资助额不超500万美元/年。QLCI是NSF十大创意研究之量子飞跃的一部分，重点将从跨学科研究、人才培养、研究协调和社区参与、协同伙伴关系和基础设施发展四方面开展活动。其中，跨学科研究将资助以下4个方向的研究。

　　1、远程安全通信的量子网络：旨在开发远程安全的量子通信。量子源、探测器、存储器和中继器等组件的开发，以及用于生成、交换、提取和验证纠缠的网络协议都存在巨大的挑战。开发用于量子信号生成和处理的新概念、材料、装置、技术和算法，可以克服损耗、噪声、消相干和室温操作等技术挑战。设计和开发出原型及可扩展平台，以实现全球完全安全的量子通信网络愿景。创建多学科融合的全新方法，将有助于协同设计平台和实验床，实现功率、带宽、安全性、稳定性和可扩展性的系统级目标；也有助于革命性芯片级光子学平台的开发，支持一系列波长、操作温度和速率，实现分布式量子传感和计算等新应用。

　　2、量子计算机的软件栈：旨在概念化、开发和部署一整套创建高效可用量子计算机所需的软件解决方案。算法、编译器、语言和编程解决方案的开发，以及其与可用的硬件平台、体系结构和电路的结合，提出了很多科学和工程挑战：针对不同技术平台的适当抽象概念，各种应用的编程语言和算法，基准测试，验证，纠错技术，容错硬件平台和架构等。QLCI的科学家和工程师可合作研究新概念、框架和界面，以促进量子协同处理、分布式量子计算和基于云的量子计算的有效利用。

　　3、量子模拟的算法、体系结构和平台：旨在为量子模拟器开发算法、架构和平台。研究内容主要包括：利用针对量子电路（含量子位和量子门）算法的数字方法；针对哈密顿工程或仿真的模拟方法；混合方法。每种方法研究的挑战都包括开发模拟器架构、将一个系统映射到另一个系统、初始化量子态、设计量子态可控演化所需的相互作用、抑制退相干、测量各种结果。

　　4、量子传感：旨在开发基于量子系统的计量和传感器技术。从基本常数的精确测量到环境变量的监测，从量子态准备、操作和检测中获得计量优势的科学和工程，均提出诸多挑战。纠缠光子、原子钟、原子干涉仪、核磁共振光谱仪和金刚石色心，利用量子相干性、量子叠加和量子干涉的原理开展精确测量，但正面临着新的挑战，包括精简系统架构、制造稳健器件、设计最佳输入状态、利用量子纠缠、开拓量子传感器的新应用等。可从多体系统的纠缠作用中获得新型传感器的灵感，如拓扑绝缘体、超导跃迁边缘传感器、量子磁学、量子成像、腔量子电动力学和混合量子系统等。量子传感器的基础和技术原理也可能影响量子信息科学和工程的其他应用，包括量子通信、量子计算和量子模拟。

　　此外，QLCI项目将开展活动促进学生在一系列融合学科环境中的培训，培养量子技术人才；将通过年度会议、专题会议、暑期学校、外部网络计划等，促进不同研究团体之间的合作和研究协调；将与产业界、国家实验室和国际合作伙伴建立协同伙伴关系，利用现有的基础设施资源开展研发活动。                                     （田倩飞）