Fermilab将牵头两项新的Genesis Mission资助，重点是定制微电子器件和推进量子信息科学研究。
欧米伽·费米国家加速器实验室(Fermilab)在美国能源部"创世纪计划"(Genesis Mission)中获得两项新资助。该计划是一项全国性举措,旨在利用人工智能(AI)以及能源部17个国家实验室的综合力量,使美国科学的生产力和整体影响力翻一番。费米实验室牵头的这两项资助于昨日公布,是该计划第二阶段公布的成果的一部分。通过定制微电子器件和推进量子信息科学的发展,这两项资助将进一步扩大费米实验室在"创世纪计划"中的关键作用。
费米实验室主任诺伯特·霍尔特坎普(Norbert Holtkamp)表示:"费米实验室很荣幸获得'创世纪计划'的这些新增资助,我们希望尽快与合作伙伴开始工作。每项资助都增强了我们推动发现科学边界的能力:一项推动我们开发人工智能驱动的微电子技术,以提升下一代仪器设备的性能;另一项则利用人工智能,使大规模纠缠量子系统能够探测和解读基础物理及其他发现领域中极其微弱的信号。"
第一项是"创世纪计划"第二阶段资助项目"极端环境规格到硅片的加速"(Accelerating eXtreme Environment Specs-to-Silicon),简称AXESS。该项目旨在利用人工智能加速能够在极端环境中工作的芯片的开发,从而革新定制微电子设计。该项目将促进创新和国家竞争力的提升,并有望对量子技术、聚变能和粒子物理产生影响。
费米实验室首席技术官安娜·格拉塞利诺(Anna Grassellino)表示:"我们的AXESS研究人员正在利用人工智能,将微电子设计流程从数月缩短到数分钟。这将显著提升国家竞争力,并加快创新步伐。费米实验室在制造能够在极端环境中工作的芯片方面拥有深厚经验,例如在低温或强辐射条件下工作的芯片,这些芯片可用于专业应用。"
AXESS项目的合作伙伴包括:美国超威半导体公司(Advanced Micro Devices, Inc.)、亚利桑那州立大学、Dataerai公司、佐治亚理工学院、IBM、劳伦斯伯克利国家实验室、麻省理工学院、橡树岭国家实验室、普渡大学、桑迪亚国家实验室、西门子EDA公司、SLAC国家加速器实验室、加州大学圣地亚哥分校、南加州大学,以及其他产业合作方。
第二阶段资助项目的目标,是扩大那些已显示出人工智能优势、并展现出实现变革性科学能力潜力的项目的规模和影响力。入选项目为多年期项目,由跨学科团队合作,应对能源部各关键使命领域中的国家科学与技术挑战。
费米实验室牵头的第二项新资助是一个第一阶段项目,名为"人工智能引导的量子传感态与纠缠结构稀疏表征",简称QCVV。
量子传感器利用叠加和纠缠等独特的量子现象,来探测极其微弱的信号,其中包括与基础物理相关的信号。然而,随着量子系统变得更大、更复杂,对其量子态进行完整测量和理解变得越来越困难,需要海量数据和实验时间。
QCVV项目将利用人工智能应对这一挑战:识别复杂量子态中最具信息量的特征,构建量子系统的数字孪生,并确定最有用的测量方式。人工智能将与实验形成闭环协作,利用每一轮数据来决定下一步测量什么。这一方法有望实现对更大规模量子系统的表征,并帮助科学家将微弱信号与噪声及实验缺陷区分开来。
该项目由费米实验室牵头,IBM、英伟达(NVIDIA)、普渡大学、Quantum Machines公司以及芝加哥大学共同参与。各方共同结合了量子传感、量子计算、人工智能和实验控制方面的专长。
格拉塞利诺表示:"该项目将人工智能直接引入实验闭环,让我们能够用更少的测量次数、借助智能系统指导实验下一步的操作,从而更深入地了解复杂量子系统。它建立在费米实验室在量子计算与传感、人工智能和先进控制方面的优势之上,同时汇聚了整个量子生态中互补的能力。最终,这项工作有望帮助我们建造更大、更强大的量子传感器,并加快对基础科学中一些最微弱信号的探索。"
此外,费米实验室作为合作机构,还参与了另外两项第二阶段资助项目。第一项是由麻省理工学院牵头的"智能前沿的格点量子色动力学"(Lattice QCD at the Intelligence Frontier),该项目借鉴了费米实验室数十年来在格点规范理论临界慢化方面的理论积累,同时应用人工智能智能体和大语言模型。
另一项第二阶段资助项目是"多办公室加速器团队核心"(Multi-Office Accelerator Team Core),简称MOAT-Core。该项目由劳伦斯伯克利国家实验室牵头,将依托费米实验室在整个加速器设施中部署集成人工智能系统。MOAT-Core将利用费米实验室大型研发加速器,旨在证明人工智能系统可以部署到旗舰级设施中,以推动核心科学计划的发展。
霍尔特坎普补充道:"这些投入共同加快了费米实验室在技术前沿的发展势头,深化了我们对这一使命的贡献。该使命旨在改变国家探索科学发现的方式。同时,实验室也将继续致力于开发既惠及科学又惠及社会的创新成果。"
有关费米实验室研究的更多信息,请访问 www.fnal.gov。