美國能源部啟動 2.15 億美元量子電腦競賽 促進容錯技術發展

美國能源部（DOE）已啟動一項競賽，計劃提供高達 2.15 億美元的資金，以加速開發能夠解決超越傳統計算範疇的科學問題的容錯量子電腦。這項量子創世競賽（Quantum Genesis Q Competition）旨在徵集私營企業的提案，建設並部署至少擁有 100 個邏輯量子比特的科學相關量子電腦，這些電腦能夠執行數億次的容錯運算。該機構於 9 月 17 日宣佈了這一計劃。

從脆弱的量子比特到有用的量子電腦，當今的量子電腦是由物理量子比特組成，這些量子比特對噪音和缺陷引起的錯誤極為敏感。容錯量子計算旨在通過將資訊編碼到多個物理量子比特中來克服這一問題，從而創建更可靠的邏輯量子比特，並採用錯誤更正技術，使計算能夠在單個錯誤的情況下繼續進行。這一特點使得能源部的目標變得重要。競賽不僅僅是計算機中物理量子比特的數量，而是專注於能夠展示有用計算的系統，這些系統至少應具備 100 個邏輯量子比特。

容錯量子計算的重要性

根據 DOE 的說法，這些系統應能夠執行數億次的容錯運算，並在化學、材料科學、物理學和應用數學等領域展示應用。該目標基於 DOE 更廣泛的量子創世計劃，該計劃於 6 月宣佈，目標是在 2028 年開發並部署一種科學相關的容錯量子計算能力。

競賽的獎勵結構

該競賽分為兩個階段。第一階段將為早期開發里程碑提供每位獲獎者最高 150 萬美元的固定獎勵。第二階段則引入更大規模的績效獎勵結構。一個 1 億美元的獎金池將在展示至少 100 個邏輯量子比特的第一代科學相關量子電腦的參與者之間分配。還有兩個額外的 5000 萬美元獎金池，分別用於展示 150 和 200 個邏輯量子比特的系統。根據該機構的說法，總計劃資金高達 2.15 億美元，其中包括 250 萬美元的 2026 財政年度資金，未來幾年的資金將依賴於國會的撥款。

申請對私營企業開放，最終提交截止日期為 2026 年 10 月 19 日。DOE 將於 9 月 25 日舉行一場資訊網絡研討會，供潛在申請者參加。

該部門還在為其國家實驗室建立一個獨立的 4500 萬美元量子高性能計算驗證與測試實驗室。該測試平台旨在提供獨立表徵和驗證量子計算系統不同部分所需的工具，範圍涵蓋物理硬件、量子閘到邏輯架構、算法和經典控制系統。它表示這一基礎設施將支持量子創世競賽，同時幫助將量子計算與該部門現有的高性能計算能力聯繫起來。該實驗室計劃還包括 1400 萬美元的 2026 財政年度資金。

量子創世使命旨在結合先進計算、人工智能和量子技術，以加速科學發現。DOE 早前的量子創世宣佈描述了最終目標，即將量子系統與該部門現有的超級計算和未來的後超級計算基礎設施整合。然而，當前的挑戰是展示一個容錯系統能夠超越實驗室基準，對科學家所關心的問題執行大量可靠運算。量子創世競賽旨在檢驗這一能力。

量子計算技術的未來挑戰

量子計算的發展面臨著多重挑戰，其中容錯技術是關鍵。當前的量子比特對環境噪音敏感，這限制了其實際應用。美國能源部的競賽不僅提供資金支持，還促進了私營企業的參與，這將加速量子計算技術的進步。透過建立量子高性能計算驗證實驗室，DOE希望能夠提升量子計算的可靠性，並將其與現有的計算能力相結合，這對於未來的科學研究至關重要。