美國投入10億美元推動(dòng)人工智能和量子科技等未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展

美國政府正在采取強(qiáng)有力的行動(dòng)，以確保美國在人工智能（AI）、量子信息科學(xué)（QIS）、5G通信等未來產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位。2020年8月26日，美國白宮、美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）和美國能源部（DOE）宣布投入超過10億美元建立12個(gè)新的AI和QIS研發(fā)機(jī)構(gòu)。新機(jī)構(gòu)將作為美國未來關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)的國家研發(fā)樞紐，驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新、支持區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長、培養(yǎng)下一代勞動(dòng)力。

一、五個(gè)量子信息科學(xué)研究中心

美國DOE將在未來5年內(nèi)向5個(gè)新建的QIS研究中心中心投入6.25億美元，同時(shí)私營部門和學(xué)術(shù)界也將為這些中心提供3.4億美元的額外資助。從國家計(jì)劃執(zhí)行層面來講，這5個(gè)QIS研究中心是美國2018年《國家量子計(jì)劃法案》核心條款的具體實(shí)施。隨后，8月28日，美國白宮科技政策辦公室（OSTP）宣布成立國家量子計(jì)劃咨詢委員會(huì)（NQIAC）。NQIAC也是美國《國家量子計(jì)劃法案》的組成部分，其成立進(jìn)一步推進(jìn)法案的實(shí)施。NQIAC將定期評(píng)估計(jì)劃的執(zhí)行、QIS的發(fā)展趨勢以及國際合作機(jī)會(huì)，其成員來自工業(yè)界、大學(xué)、聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室和其他聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)。

新成立的五個(gè)量子中心分別為：

（1）下一代量子科學(xué)與工程中心（Q-NEXT），由美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室牽頭，重點(diǎn)開發(fā)安全的量子通信鏈路和傳感網(wǎng)絡(luò)。該中心還將建立兩個(gè)國家制造基地，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化的量子材料和器件。Q-NEXT旨在建立一個(gè)集中且連接的生態(tài)系統(tǒng)，以提供量子互聯(lián)，建立國家工廠，演示通信鏈接、傳感網(wǎng)絡(luò)和模擬試驗(yàn)臺(tái)。Q-NEXT將建立一支量子智能勞動(dòng)力隊(duì)伍，制定量子標(biāo)準(zhǔn)（如國家量子器件數(shù)據(jù)庫等），為量子技術(shù)商業(yè)化提供途徑（如工業(yè)應(yīng)用和初創(chuàng)企業(yè)等）。

（2）量子優(yōu)勢協(xié)同設(shè)計(jì)中心（C2QA），由美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室牽頭，將為量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件及組件，旨在克服現(xiàn)有嘈雜中級(jí)量子（NISQ）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的局限，實(shí)現(xiàn)高能、核能、化學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算的量子優(yōu)勢。C2QA的五年綜合目標(biāo)是在軟件優(yōu)化、基礎(chǔ)材料和設(shè)備特性、量子糾錯(cuò)方面提供10倍改進(jìn)，綜合改進(jìn)達(dá)到1000倍。

（3）超導(dǎo)量子材料和系統(tǒng)中心（SQMS），由美國費(fèi)米國立加速器實(shí)驗(yàn)室牽頭，研究將致力于延長量子系統(tǒng)的相干時(shí)間，以便開發(fā)下一代量子計(jì)算機(jī)和傳感器。該中心將利用費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室在射頻超導(dǎo)腔方面的專業(yè)優(yōu)勢，將其擴(kuò)展應(yīng)用到量子領(lǐng)域。SQMS將交付獨(dú)特的鑄造能力和應(yīng)用于多領(lǐng)域的量子試驗(yàn)臺(tái)，以服務(wù)全國QIS生態(tài)。

（4）量子系統(tǒng)加速器中心（QSA），由美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室牽頭，致力于開發(fā)新方法來控制量子計(jì)算平臺(tái)（基于中性原子、囚禁離子和超導(dǎo)電路等量子原型）同時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的專用算法，以實(shí)現(xiàn)軟硬件協(xié)同解決科學(xué)問題，展示每個(gè)平臺(tái)在科學(xué)計(jì)算、材料科學(xué)和基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域的最佳應(yīng)用。QSA將提供一系列量子原型以探索量子技術(shù)的應(yīng)用空間，為加速量子技術(shù)的商業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

（5）量子科學(xué)中心（QSC），由美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室牽頭，將探索拓?fù)洳牧显诹孔佑?jì)算機(jī)中的應(yīng)用，測試量子計(jì)算機(jī)和傳感器的算法，以及開發(fā)傳感器用于科學(xué)發(fā)現(xiàn)。QSC致力于克服量子技術(shù)在量子態(tài)穩(wěn)定性、可控性和擴(kuò)展性等方面的主要障礙，促進(jìn)顛覆性技術(shù)的發(fā)展。QSC將發(fā)展下一代QIS勞動(dòng)力，為職業(yè)發(fā)展和成果轉(zhuǎn)化創(chuàng)造良好的環(huán)境。

二、七個(gè)人工智能研究所

美國NSF聯(lián)合美國農(nóng)業(yè)部（USDA）等其它聯(lián)邦機(jī)構(gòu)，將在未來五年為7個(gè)新AI研究所提供1.4億美元的資金，以加速AI研發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、合成制造、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)以及預(yù)測等。美國NSF每年在AI領(lǐng)域研發(fā)活動(dòng)的投資超過5億美元，是美國非國防AI研發(fā)的最大驅(qū)動(dòng)力。NSF在未來幾年內(nèi)還將建立更多的AI研究所，預(yù)計(jì)在明年夏季之前總投資將超過3億美元。

新成立的七個(gè)AI研究所分別是：

（1）研究可信賴AI在天氣、氣候、沿海海洋學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的NSF AI研究所。該研究所由俄克拉荷馬大學(xué)諾曼分校的研究團(tuán)隊(duì)牽頭，聯(lián)合AI、大氣和海洋科學(xué)、風(fēng)險(xiǎn)傳播領(lǐng)域的研究人員，致力于開發(fā)用戶驅(qū)動(dòng)的可信賴AI技術(shù)，以解決天氣、氣候和沿海災(zāi)害預(yù)測問題。此外，該研究所將通過AI技能證書項(xiàng)目提供相應(yīng)的研究和培訓(xùn)機(jī)會(huì)，來培養(yǎng)未來勞動(dòng)力，以應(yīng)對(duì)預(yù)報(bào)預(yù)測方面的未來挑戰(zhàn)。

（2）進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)基礎(chǔ)研究的NSF AI研究所（IFML）。該研究所由得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究團(tuán)隊(duì)牽頭，聯(lián)合當(dāng)?shù)卣痛笮凸I(yè)技術(shù)公司，致力于應(yīng)對(duì)AI理論方面的挑戰(zhàn)，包括下一代深度學(xué)習(xí)算法、神經(jīng)架構(gòu)優(yōu)化、高效穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)等。此外，該研究所通過在線課程和研究項(xiàng)目為學(xué)生和專業(yè)技術(shù)人員提供AI工具。

（3）進(jìn)行學(xué)生+AI團(tuán)隊(duì)探索的NSF AI研究所。該研究所由科羅拉多大學(xué)波爾得分校的研究團(tuán)隊(duì)牽頭，探討AI在教育中的可能作用，開發(fā)開創(chuàng)性的AI技術(shù)，為師生創(chuàng)造高效、公平的教學(xué)環(huán)境，使教育工作者能夠?qū)Ｗ⒂诩?lì)和培養(yǎng)學(xué)生。該研究所期望開發(fā)一種交互“AI伙伴”，通過線上和線下學(xué)習(xí)環(huán)境中的自然交互（包括語言、手勢、目光和面部表情）能夠觀察、參與和促進(jìn)STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)）協(xié)作學(xué)習(xí)。

（4）進(jìn)行分子發(fā)現(xiàn)、合成策略和制造研究的美國NSF AI研究所（或稱美國NSF分子制造實(shí)驗(yàn)室，MMLI）。該研究所由伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究團(tuán)隊(duì)牽頭，重點(diǎn)開發(fā)新的AI使能工具，加速化學(xué)合成自動(dòng)化、促進(jìn)新材料和生物活性化合物的發(fā)現(xiàn)和制造。此外，該研究所還將作為未來科學(xué)家的培訓(xùn)基地，以使其具備AI、化學(xué)、生物工程等領(lǐng)域的綜合專業(yè)素養(yǎng)。

（5）進(jìn)行AI和基本相互作用研究的美國NSF AI研究所（IAIFI）。該研究所由麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)牽頭，基于AI與物理智能結(jié)合的變革性理念，開發(fā)下一代AI技術(shù)，解決物理學(xué)中一些最具挑戰(zhàn)性的問題。該研究所還將通過勞動(dòng)力發(fā)展、數(shù)字學(xué)習(xí)、推廣活動(dòng)和知識(shí)轉(zhuǎn)移項(xiàng)目等激勵(lì)A(yù)I研究創(chuàng)新、擴(kuò)大社會(huì)影響。

（6）進(jìn)行下一代食品系統(tǒng)研究的USDA-NIFA AI研究所（AIFS）。該研究所由加州大學(xué)戴維斯分校的研究團(tuán)隊(duì)牽頭，旨在通過使用AI和生物信息學(xué)提高整個(gè)食品系統(tǒng)（從種植作物到消費(fèi)）的效率，以滿足日益增長的食品供應(yīng)需求。研究包括通過分子育種優(yōu)化作物的產(chǎn)量、質(zhì)量和抗病性；通過開發(fā)農(nóng)業(yè)特有的AI應(yīng)用、傳感平臺(tái)和機(jī)器人技術(shù)最小化資源消耗和浪費(fèi)；開發(fā)新工具來提供實(shí)時(shí)膳食評(píng)估等。此外，該研究所還將聚焦包容性教育和推廣方法，建設(shè)一支多樣化的下一代勞動(dòng)力隊(duì)伍。

（7）進(jìn)行未來農(nóng)業(yè)復(fù)原力、管理和可持續(xù)研究的美國USDA-NIFA AI研究所（AIFARMS）。該研究所由伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究團(tuán)隊(duì)牽頭，在計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、軟對(duì)象操縱、直觀人機(jī)交互等領(lǐng)域推進(jìn)AI研究，以應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，如勞動(dòng)力短缺、畜牧業(yè)的效率和健康、作物的環(huán)境復(fù)原力、土壤健康等。該研究所旨在成為全球信息交流中心，促進(jìn)AI驅(qū)動(dòng)的農(nóng)業(yè)研究方面的合作，此外還提供計(jì)算機(jī)科學(xué)和農(nóng)業(yè)的聯(lián)合學(xué)位。