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原文链接：https://blogs.nvidia.com/blog/national-quantum-initiative/
原文作者：Krysta Svore
量子技术正迅速成为21世纪经济竞争力、国家安全和科学领导力的基础能力。美国在量子信息科学领域持续保持领先地位，对于确保计算、传感、网络和材料领域的突破转化为安全技术和产业、培养熟练的国内劳动力以及保持长期的战略优势至关重要。为确保这一未来，国会必须采取行动，重新授权《国家量子倡议》（NQI）。
2018年12月21日，特朗普总统签署了两党一致通过的NQI法案，首次确立了一个涵盖大学、国家实验室和产业界的广泛、多机构战略，将量子信息科学提升为国家优先事项。
这项协调一致的倡议通过提供持续的投资、共享的基础设施和一个世界级的研发生态系统，加速了量子技术的成熟。自NQI启动以来，在量子比特相干性、门保真度和系统扩展方面取得了巨大进步，使量子平台从孤立的演示走向可扩展的架构。总而言之，这一进展明确了实现有用量子系统的可行路线图，并加强了长期、协调的国家投资的价值。
“创世纪任务”：科学仪器的新时代
在2025年12月会见众议院科学委员会时，科学部次长达里奥·吉尔博士（Dr. Darío Gil）恰当地将当前时刻描述为由人工智能（AI）、高性能计算和量子系统融合驱动的科学革命的悬崖边缘。他概述了特朗普政府的“创世纪任务”（Genesis Mission），这是一项动员国家实验室、产业界和学术界构建集成发现平台的倡议，目标是在十年内使国家的研发生产力翻倍。
吉尔强调，AI和量子计算不再是独立的工具，而是新一代超级计算机的基础要素。他指出，正如望远镜和显微镜改变了我们对宇宙的观测方式一样，这些融合系统将成为我们这个时代的新科学仪器，使我们能够破解自然界的复杂性。
要实现这一愿景，需要打破孤岛，并持续关注AI和量子技术的整合，而不是将它们视为独立的工作。许多最重大的量子应用将通过这种融合出现，嵌入到AI驱动和加速的工作流程中，从而变革整个科学领域。
这就是我们敦促国会重新授权NQI的原因。AI和量子计算之间进行审慎综合的重要性只是最近才浮出水面，而现有的国家战略早于这一理解。重新授权NQI将使战略得以演变，以适应当前的技术格局。重新授权的NQI应明确承认并支持AI、加速计算和量子处理器之间的整合，以确保这些能力成熟为广泛可用的系统，并使美国能够在这一下一阶段的计算中占据领导地位。
什么是量子-GPU超级计算机？
要在国家实验室、学术界和产业界为美国生态系统解锁持久的影响，意味着需要采取一种以任务为中心的量子信息科学方法。
一个具有科学实用性的量子系统——即能够提供所需数百个逻辑量子比特和数百万次操作的系统——不仅仅依赖于最先进的量子硬件。它还需要经典系统和量子系统无缝统一，其中GPU、CPU和QPU作为一个单一的集成能力协同工作。正是这种系统级别的集成，将量子能力从孤立的演示转变为实用的科学资源。
在美国生态系统的各个领域，人们越来越清楚地认识到，紧密集成的开放架构对于量子-GPU超级计算至关重要。通过与美国领先机构的紧密合作，英伟达（NVIDIA）已经提供了此类架构的两个基础组件：
- 桥接器（NVIDIA NVQLink）： 量子-GPU互连技术提供了低延迟、高吞吐量的连接，这是量子处理器以实现要求苛刻的控制任务和执行解决有意义问题的混合工作负载所需的规模和速度运行所必需的。它们使经典超级计算机能够通过实时反馈回路来驱动QPU，这对于纠错和控制至关重要。
- 平台（NVIDIA CUDA-Q）： 为了实现普及访问，量子生态系统必须弥合物理学家和领域科学家之间的鸿沟。CUDA-Q是一个统一的、开源的编程模型，允许开发人员在单个系统中对QPU、GPU和CPU进行编程，从而实现无缝的端到端混合工作流程，并加速科学应用。
AI在克服扩展和部署量子计算的关键挑战方面正变得越来越重要——从实时的任务，如量子纠错和硬件校准，到发现更有效的量子算法。因此，包括美国国家实验室在内的量子研发项目，正迅速将AI超级计算整合到其核心工作流程中。
虽然产业界可以构建利用AI和量子系统所需的桥梁和平台，但将它们集成到用于开放科学的大规模、容错基础设施中需要联邦层面的规模。联邦的作用对于在国家试验台上演示这些能力至关重要，以验证系统集成、在开放环境中验证架构，并奠定最终将驱动竞争性商业市场的基础。
国会如何支持美国的量子领导地位？
政府各部门正在设定宏伟目标，例如美国能源部设定的目标，即到2028年在美国部署具有科学实用性的量子超级计算机。要实现这些雄心壮志，并弥合当今噪声设备与未来容错系统之间的差距，需要NQI从一个专注于发现的项目演变为一个也支持集成系统级别部署的项目。
以下是重新授权的NQI如何帮助推动美国领导地位的方法：
- 量子数字孪生： 美国的领导地位取决于为研究人员提供先进的设计模拟能力。国会应资助用于模拟量子硬件的电子设计自动化创新，使研究人员能够在制造前以数字方式验证设计，从而大大加速硬件路线图。
- 量子纠错的集成： 用量子系统解决问题需要逻辑量子比特，而这反过来又需要只有在AI基础设施上才能大规模部署的量子纠错等技术。NQI必须确保有足够的研发和AI基础设施资金来构建大规模的逻辑量子比特系统。
- AI集成： AI是加速量子实用性的关键资源。NQI应通过支持创建量子模拟数据集来训练下一代AI模型，并建立一个强大的“AI+量子”中心以共享工具、数据和工作流程，来促进这些领域之间更深入的交叉授粉。
- 旗舰混合应用： 硬件必须服务于科学。应启动化学、材料科学和生命科学领域的旗舰混合应用项目，创建明确的性能基准，以证明这些系统在抽象实验之外对现实世界问题的实用性，并加速开放科学应用。
- 基准测试与标准： 必须严格定义“具有科学实用性”，以确保投资是注重成果的。应授权QED-C等组织领导基准测试工作，建立透明的指标来定义真正的实用性并确保一致地衡量进展。
当与AI集成时，量子计算将推动本世纪的经济竞争力、国家安全和科学领导力。重新授权《国家量子倡议》是美国将研究和AI方面的领导地位转化为持久优势，并确保其在AI时代及以后继续保持领先地位的方式。我们敦促国会将重新授权此事作为优先事项。
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