美国能源部启动 2.15 亿美元量子计算机竞赛 促进容错技术发展

美国能源部（DOE）已启动一项竞赛，计划提供高达 2.15 亿美元的资金，以加速开发能够解决超越传统计算范畴的科学问题的容错量子计算机。这项量子创世竞赛（Quantum Genesis Q Competition）旨在征集私营企业的提案，建设并部署至少拥有 100 个逻辑量子比特的科学相关量子计算机，这些计算机能够执行数亿次的容错运算。该机构于 9 月 17 日宣布了这一计划。

从脆弱的量子比特到有用的量子计算机，当今的量子计算机是由物理量子比特组成，这些量子比特对噪音和缺陷引起的错误极为敏感。容错量子计算旨在通过将信息编码到多个物理量子比特中来克服这一问题，从而创建更可靠的逻辑量子比特，并采用错误更正技术，使计算能够在单个错误的情况下继续进行。这一特点使得能源部的目标变得重要。竞赛不仅仅是计算机中物理量子比特的数量，而是专注于能够展示有用计算的系统，这些系统至少应具备 100 个逻辑量子比特。

容错量子计算的重要性

根据 DOE 的说法，这些系统应能够执行数亿次的容错运算，并在化学、材料科学、物理学和应用数学等领域展示应用。该目标基于 DOE 更广泛的量子创世计划，该计划于 6 月宣布，目标是在 2028 年开发并部署一种科学相关的容错量子计算能力。

竞赛的奖励结构

该竞赛分为两个阶段。第一阶段将为早期开发里程碑提供每位获奖者最高 150 万美元的固定奖励。第二阶段则引入更大规模的绩效奖励结构。一个 1 亿美元的奖金池将在展示至少 100 个逻辑量子比特的第一代科学相关量子计算机的参与者之间分配。还有两个额外的 5000 万美元奖金池，分别用于展示 150 和 200 个逻辑量子比特的系统。根据该机构的说法，总计划资金高达 2.15 亿美元，其中包括 250 万美元的 2026 财政年度资金，未来几年的资金将依赖于国会的拨款。

申请对私营企业开放，最终提交截止日期为 2026 年 10 月 19 日。DOE 将于 9 月 25 日举行一场信息网络研讨会，供潜在申请者参加。

该部门还在为其国家实验室建立一个独立的 4500 万美元量子高性能计算验证与测试实验室。该测试平台旨在提供独立表征和验证量子计算系统不同部分所需的工具，范围涵盖物理硬件、量子门到逻辑架构、算法和经典控制系统。它表示这一基础设施将支持量子创世竞赛，同时帮助将量子计算与该部门现有的高性能计算能力联系起来。该实验室计划还包括 1400 万美元的 2026 财政年度资金。

量子创世使命旨在结合先进计算、人工智能和量子技术，以加速科学发现。DOE 早前的量子创世宣布描述了最终目标，即将量子系统与该部门现有的超级计算和未来的后超级计算基础设施整合。然而，当前的挑战是展示一个容错系统能够超越实验室基准，对科学家所关心的问题执行大量可靠运算。量子创世竞赛旨在检验这一能力。

量子计算技术的未来挑战

量子计算的发展面临着多重挑战，其中容错技术是关键。当前的量子比特对环境噪音敏感，这限制了其实际应用。美国能源部的竞赛不仅提供资金支持，还促进了私营企业的参与，这将加速量子计算技术的进步。通过建立量子高性能计算验证实验室，DOE希望能够提升量子计算的可靠性，并将其与现有的计算能力相结合，这对于未来的科学研究至关重要。