Lewati ke konten utama

Penulisan hibah untuk komputasi kuantum

Sebagai pemimpin inisiatif kuantum, kamu mungkin sudah tahu cara menulis hibah dengan sangat baik. Tidak akan berguna untuk mengulangi di sini apa yang sudah kamu ketahui. Sebaliknya, di sini kita akan mengambil beberapa contoh praktik penulisan hibah umum dan memetakannya ke dalam ruang komputasi kuantum. Jelas, IBM Quantum® tidak bisa memberi tahu kamu cara memenangkan hibah; setiap lembaga pendanaan memiliki prioritasnya sendiri dan setiap kelompok penelitian memiliki kekuatannya sendiri. Namun, kita bisa berbagi dengan kamu apa yang menurut kami dapat diwujudkan, berguna, dan menarik, serta perspektif kita tentang bidang ini.

Dalam panduan ini, kita akan memeriksa praktik-praktik penulisan hibah yang terkenal berikut, dari perspektif komputasi kuantum:

Praktik umum

Mencari hibah

  • Mulai dengan tinjauan menyeluruh tentang hibah yang tersedia untuk meningkatkan peluang dan mengoptimalkan kesesuaian.
  • Cocokkan inisiatif lembaga (tujuan strategis maupun timeline).

Sebelum menulis proposal (hal-hal ini disebutkan dalam proposal itu sendiri)

  • Lakukan pekerjaan awal sebagai bukti prinsip dan soroti dalam proposal (sebaiknya pekerjaan yang berhasil tetapi tidak bisa berkembang tanpa pendanaan).
  • Tunjukkan inisiatif dalam membangun kolaborasi (intra-universitas, secara regional melalui QIC, secara nasional).
  • Lamar dan menangkan pendanaan awal sebagai pengganda hasil hibah selanjutnya.

Dalam proposal

  • Sebutkan pekerjaan awal di atas.
  • Usulkan pekerjaan yang realistis dalam hal timeline, keahlian internal, keadaan ilmu pengetahuan, kolaborasi, dan dana.
  • Uraikan sumber daya, fasilitas, dan kemitraan institusional yang meningkatkan kelayakan.
  • Tunjukkan bahwa masalah yang kamu kejar penting dan belum terpecahkan. Ini juga menyoroti penguasaan kemajuan terkini di bidang ini.
  • Jelaskan keahlian dan kredensial tim penelitian.
  • Daftarkan deliverable konkret yang realistis mengingat sumber daya yang diminta dan batasan waktu.
  • Akui risiko dan berikan strategi mitigasi yang realistis.
  • Berikan pendekatan yang jelas dan koheren dengan metode, dataset, aktivitas, milestone, dan titik keputusan yang konkret.
  • Tangani ketelitian dan reproduktibilitas termasuk kualitas data, kontrol, analisis, dan berbagi.
  • Bangun koneksi antara akademisi dan industri, serta dampak yang lebih luas secara umum.

Saran khusus kuantum

Banyak praktik ini memiliki tantangan khusus saat diterapkan pada komputasi kuantum. Misalnya, penelitian komputasi kuantum seringkali sangat interdisipliner, melibatkan peneliti dari fisika, matematika, dan ilmu komputer, serta dari bidang aplikasi seperti ilmu material, kimia, dan banyak lagi. Ini bisa menyulitkan untuk menunjukkan keahlian yang diperlukan pada tim penelitian tertentu. Pekerjaan kolaboratif awal antara kelompok-kelompok mungkin dapat mengurangi kesulitan ini. Dalam paragraf-paragraf berikut kita menguraikan beberapa pertimbangan utama dalam mengimplementasikan praktik-praktik ini dalam proposal komputasi kuantum.

Mencari hibah

  • Mulai dengan tinjauan menyeluruh tentang hibah yang tersedia untuk meningkatkan peluang dan mengoptimalkan kesesuaian.
    • Komputasi kuantum adalah bidang penelitian yang sangat aktif dan didukung oleh banyak lembaga pendanaan pemerintah termasuk NSF, DoE, DoD, DARPA di Amerika Serikat, EU Horizon/Quantum Flagship di Eropa, dan banyak lainnya.
    • Ada banyak inisiatif tingkat negara bagian atau regional yang berfokus pada dampak ekonomi komputasi kuantum.
    • Ada banyak penekanan pada kebutuhan tenaga kerja yang cerdas kuantum; banyak hibah setidaknya akan memiliki persyaratan (jika bukan fokus) pada pendidikan dan pengembangan tenaga kerja.
    • Lihat bagian di bawah tentang hibah khusus komputasi kuantum dan penulisan hibah yang sukses.
  • Cocokkan inisiatif lembaga (tujuan strategis maupun timeline).
  • Banyak peluang pendanaan negara bagian dan nasional menghargai peningkatan keahlian pekerjaan, pelatihan ulang, dan pelatihan, serta penciptaan lapangan kerja.
  • Pertimbangkan membangun koneksi antara akademisi dan industri, serta antara pendidik dan institusi dengan keahlian dalam pengembangan tenaga kerja.

Sebelum menulis proposal (hal-hal ini disebutkan dalam proposal itu sendiri)

  • Pekerjaan awal sebagai bukti prinsip (pekerjaan yang berhasil tetapi tidak bisa berkembang tanpa pendanaan).
    • Pekerjaan awal sekali bisa dilakukan menggunakan IBM Quantum Open Plan. Untuk eksplorasi awal penskalaan, pertimbangkan IBM Quantum Flex Plan atau Pay-as-you-go Plan. Lihat rencana akses IBM Quantum untuk informasi lebih lanjut.
  • Tunjukkan inisiatif dalam membangun kolaborasi (intra-universitas, secara regional melalui Quantum Innovation Center, secara nasional).
  • Lamar/menangkan pendanaan awal sebagai pengganda hasil hibah selanjutnya.
    • Program Quantum Credits dari IBM Quantum bisa sangat berguna untuk menunjukkan pekerjaan awal sebagai bukti prinsip, dan menunjukkan riwayat penulisan hibah yang sukses. Program ini terbuka untuk peneliti utama di universitas dan laboratorium nasional. Tidak tersedia untuk mahasiswa atau anggota komunitas kuantum yang lebih luas.

Dalam proposal

  • Sebutkan pekerjaan awal di atas.
  • Usulkan pekerjaan yang realistis dalam hal timeline, keahlian internal, keadaan ilmu pengetahuan, kolaborasi, dan dana.
    • Kami memperkirakan bahwa akses minimum untuk penelitian komputasi kuantum baru membutuhkan 400 menit, yang merupakan batas pembelian minimum untuk penawaran Flex. Kebutuhan aktual akan bervariasi per proyek.
    • Biasanya seseorang membutuhkan lebih dari 400 menit, jadi pastikan untuk mengalokasikan jumlah yang realistis untuk waktu QPU cloud.
    • Biasakan dirimu dengan keadaan terkini runtime job, jumlah qubit, dan sebagainya.
    • Perhatikan bahwa aplikasi dengan dampak terbesar kemungkinan akan memanfaatkan komputasi kuantum dan high-performance computing.
  • Pelacak keunggulan menawarkan gambaran singkat tentang komputasi kuantum yang mendorong batas-batas apa yang dapat dicapai saat ini. Uraikan sumber daya, fasilitas, dan kemitraan institusional yang meningkatkan kelayakan.
    • Kolaborasi lintas disiplin - seperti ilmu komputer, fisika, matematika, kimia, dan lainnya - mungkin membantu.
    • Periksa apakah ada Quantum Innovation Center (QIC) regional di areamu. Keahlian teknis mereka, akses ke sistem terbaru, dan pengetahuan tentang lanskap menjadikan mereka kolaborator yang berharga.
    • Jika institusimu memiliki pusat yang berkaitan dengan komputasi kuantum, seperti di keamanan siber, logistik, atau biokimia, lihat apakah mereka memiliki keahlian, minat, atau sumber daya lain yang tersedia untukmu.
  • Tunjukkan bahwa masalah yang kamu kejar penting dan belum terpecahkan, menunjukkan penguasaan kemajuan terkini di bidang ini.
  • Jelaskan keahlian dan kredensial tim penelitian.
    • Tunjukkan keahlian interdisipliner: fisikawan kuantum, insinyur perangkat, ahli teori algoritma, ditambah keahlian HPC untuk eksekusi hybrid.
    • Keahlian dalam bidang aplikasi seperti kimia, biokimia, atau ilmu material mungkin membantu membangun argumen untuk dampak ekonomi yang luas.
    • Soroti keanggotaan IBM Quantum Network atau kredit cloud.
  • Daftarkan deliverable konkret yang realistis mengingat sumber daya yang diminta dan batasan waktu.
    • Ini bisa sangat rumit mengingat kecepatan dan kebaruan komputasi kuantum.
    • Pastikan untuk menyertakan deliverable yang dapat diandalkan termasuk benchmarking, perbandingan metode, studi penskalaan algoritma baru atau pendekatan baru, peningkatan keahlian, pelatihan ulang, dan pendidikan.
    • Kalkulasi bukti konsep diikuti oleh studi penskalaan lebih mungkin berhasil dalam periode pendanaan daripada circuit yang sangat dalam berskala besar dan pendekatan jangka panjang.
  • Akui risiko dan berikan strategi mitigasi yang realistis.
    • Ini akan berbeda untuk setiap studi, tetapi pekerjaan awal menggunakan Flex Plan atau melalui kemitraan dengan QIC akan membantumu mengidentifikasi area ketidakpastian.
    • Sertakan strategi mitigasi. Di sini "mitigasi" mengacu pada kesulitan proyek apapun, tetapi pastikan untuk menguraikan penggunaan strategi mitigasi error yang dimaksud untuk menunjukkan bahwa kamu akan mendapatkan performa tertinggi yang mungkin dari komputer kuantum modern.
  • Berikan pendekatan yang jelas dan koheren dengan metode, dataset, aktivitas, milestone, dan titik keputusan yang konkret.
  • Tangani ketelitian dan reproduktibilitas, termasuk kualitas data, kontrol, analisis, dan berbagi.
    • Sertakan komitmen open-source (misalnya, ekstensi Qiskit) untuk memenuhi mandat berbagi data NSF dan memungkinkan dampak yang lebih luas
  • Bangun koneksi antara akademisi dan industri, serta dampak yang lebih luas secara umum

Poin-poin penting yang unik untuk industri komputasi kuantum

  • Nyatakan secara khusus mengapa kamu ingin menggunakan arsitektur/sistem yang kamu usulkan. Misalnya, kamu mungkin menyusun proposal-mu di sekitar qubit transmon frekuensi tetap seperti yang ada di komputer kuantum IBM® karena alasan berikut:
    • Mereka memiliki waktu gate yang sangat cepat dan dapat melakukan banyak operasi dalam waktu koherensi
    • Mereka memiliki fidelitas gate yang tinggi
    • Mereka memiliki skalabilitas yang dapat diprediksi sesuai dengan IBM Quantum Roadmap
  • Kamu mungkin berfokus pada skala dan aksesibilitas komputer kuantum karena alasan berikut:
    • Komputer kuantum IBM adalah QPU terbesar yang tersedia, membuka pekerjaan skala utilitas untuk inovasi sejati.
    • Apapun yang lebih kecil dari komputer kuantum IBM dapat dilakukan pada simulator.
    • Kamu mungkin menyebut arsitektur prosesor tertentu seperti Nighthawk, dan kesesuaiannya untuk koreksi error kuantum.

Kelayakan teknis proyek

Batas-batas apa yang mungkin dalam komputasi kuantum berubah setiap hari. Tetapi penting untuk mengingat batasan saat ini dalam menguraikan proyekmu. Untuk informasi terperinci tentang setiap komputer kuantum, dan bahkan setiap qubit, lihat halaman sumber daya komputasi di IBM Quantum Platform. Informasi teknis tingkat tinggi berikut mungkin berguna. Ini bukan batas keras yang berlaku untuk semua keadaan, tetapi panduan umum yang harus diadaptasi untuk kasus spesifikmu.

Jumlah qubit - Prosesor IBM Nighthawk memiliki 120 qubit. Beberapa sistem memiliki sedikit lebih banyak. Sistem-sistem ini menawarkan penelitian skala utilitas untuk penemuan baru yang tidak dapat diakses secara klasik.
Kedalaman circuit - Kedalaman circuit maksimum bergantung pada banyak faktor. Pastikan kamu mempertimbangkan kedalaman transpile dari gate dua-qubit sebagai ukuran kedalaman utama. Kedalaman dua-qubit yang ditranspile sekitar 30 seringkali dapat dikelola dengan teknik suppression dan mitigasi error modern. Beberapa aplikasi niche mungkin mengalami kesulitan pada kedalaman yang lebih rendah, dan beberapa circuit tentu bisa melampaui itu. Ini adalah kedalaman yang baik untuk dijelajahi.
Waktu QPU - Ini sepenuhnya bergantung pada aplikasimu. Kami memperkirakan bahwa minimum 400 menit diperlukan untuk penelitian komputasi kuantum baru. Kamu juga mungkin memeriksa waktu QPU yang diperlukan untuk eksekusi individual proyek yang terdaftar di pelacak keunggulan. Sebagian besar berkisar antara 30-120 menit. Ketika kita memperhitungkan eksperimentasi, benchmarking masalahmu, dan beberapa percobaan, rentang waktu ini konsisten dengan minimum yang disebutkan di atas.

Sumber daya

Berikut ini adalah organisasi kandidat yang baik untuk pendanaan QC.

Keluarga programCakupan kuantum umumWilayahContoh panggilan/catatan
NSF Access AllocationsAkses ke sumber daya komputasiASNSF Access Allocations
NSF Quantum Information ScienceAlgoritma, hardware, jaringan, pendidikanASQuantum Leap Challenge Institutes, ExpandQISE
DOE NQISRCs & Office of ScienceIlmu qubit, simulasi kuantum untuk kimia/materialASPanggilan kuantum Basic Energy Sciences
DoD/DARPA ProgramsPerangkat kuantum, penginderaan, QC skala utilitasASContoh: Quantum Benchmarking Initiative
EU Horizon/Quantum FlagshipProsesor, komunikasi, simulasiEropaProgram kerja (kolaborasi AS OK dengan lisensi)
UK NQCC & National ProgrammeAkses komputasi, demonstrator, kelayakanUKPeluang pendanaan NQCC
Eureka Network Quantum CallsR&D terapan (komputasi, penginderaan)Multi-nasionalApplied Quantum Technologies
DOE Chemistry/MaterialsAlgoritma kuantum untuk struktur elektronikASMetode simulasi novel BES
Regional/State Quantum HubsPrototipe translasional, pembangunan ekosistemASHibah seed tingkat negara bagian

Untuk mencari hibah tertentu, kami menyarankan untuk langsung ke panggilan lembaga pendanaan atau berkonsultasi dengan website pelacak pendanaan hibah. Sumber daya berikut mungkin membantu:

Website Kurator Utama

  • Quantum Computing Report: Bagian khusus yang mencantumkan penyandang dana kuantum pemerintah dan nirlaba di seluruh dunia (misalnya, pusat NSF dan DOE), dengan catatan tentang fokus penelitian dan kontak.
  • Qureca: Pelacak komprehensif inisiatif kuantum global, termasuk misi nasional, anggaran, dan program hibah tertentu.
  • Halaman Pengembangan Penelitian Universitas (misalnya, UConn): Daftar peluang khusus kuantum yang dikurasi dari NSF, DOE, DoD, dan benih regional; diperbarui setiap bulan.
  • Grants.gov: Portal federal AS resmi dengan filter lanjutan untuk "quantum computing" atau "quantum information science" - pencarian menghasilkan solicitation aktif seperti panggilan R&D kuantum DOE.
  • Situs NSF SBIR/STTR: Melacak hibah kuantum bisnis kecil dalam algoritma, komputasi, penginderaan, dan banyak lagi.
  • Paper Digest: Mengumpulkan hibah pemerintah AS terbaru yang diberi tag komputasi kuantum, diurutkan berdasarkan tanggal dan relevansi.
  • Unitary Foundation: Mencantumkan mikro-hibah dan pendanaan ekosistem, ditambah alat kuantum open-source.

Contoh proposal pendanaan yang sukses

Contoh SBIR/STTR

TipePerusahaan/proyekCatatan
NIST SBIR Phase IIIcarus Quantum (sumber foton)Siaran pers dengan ringkasan proyek; transfer teknologi dari NIST
DOE SBIR Phase IQ-CTRL (otomasi kuantum)Detail AI untuk kontrol hardware; kolaborasi Sandia

Contoh skala besar federal

  • NSF Quantum Awards: Cari pencarian penghargaan NSF untuk abstrak publik (misalnya, Quantum Leap Challenge Institutes); proposal lengkap tidak publik tetapi ringkasannya tersedia.
  • DOE Quantum Centers: Lihat penghargaan NQISRC di science.osti.gov; misalnya, cuplikan proposal pusat Q-NEXT dalam laporan.

Repositori Umum

Rumusan singkat untuk kebutuhan hibah umum

Setiap penulis hibah tentu saja akan menghasilkan proposal orisinal mereka sendiri. Tetapi ada kebutuhan yang sangat umum di banyak hibah, seperti deskripsi mengapa komputasi kuantum penting atau keadaan komputer kuantum modern. Ini dapat diprediksi, tetapi sangat penting untuk mendapatkan pernyataan dengan benar. Di bawah ini kami menyediakan rumusan singkat tentang beberapa komponen hibah umum yang bisa menjadi inspirasi untuk rumusanmu sendiri, lengkap dengan referensi.

Apa itu komputasi kuantum dan apa yang bukan

Komputasi kuantum menggunakan superposisi, entanglement, dan interferensi untuk memanipulasi informasi dengan cara yang tidak mungkin bagi sistem klasik, memungkinkan keunggulan potensial dalam tugas-tugas seperti simulasi kuantum dan masalah optimasi terstruktur tertentu. Ini bukan komputer tujuan umum yang lebih cepat: sebagian besar beban kerja tidak mendapat manfaat kuantum, dan perangkat era NISQ saat ini tetap terbatas oleh noise dan skala. Komputasi kuantum karena itu harus dipandang sebagai model komputasi yang berbeda dan sedang berkembang, yang menjanjikan untuk masalah berdampak tinggi tertentu tetapi bergantung pada kemajuan berkelanjutan dalam hardware, algoritma, dan koreksi error.

Dampak lebih luas dari komputasi kuantum

Komputasi kuantum dapat memungkinkan kemajuan dalam material, kimia, komunikasi aman, dan optimasi kompleks dengan langsung memanfaatkan struktur mekanika kuantum, membuka jalur menuju sistem energi yang lebih efisien, produk farmasi baru, dan manufaktur berperforma tinggi. Dampak luasnya mencakup mengkatalisasi industri berketerampilan tinggi baru, memperkuat daya saing teknologi, dan merangsang ekosistem inovasi regional saat teknologi kuantum matang menjadi alat yang dapat digunakan untuk ilmu pengetahuan dan industri.

Kebutuhan pendidikan dan tenaga kerja

Teknologi kuantum membutuhkan jalur bakat interdisipliner yang memadukan fisika kuantum dengan ilmu komputer, teknik, dan matematika terapan, ditambah keahlian domain untuk industri target (kimia, keuangan, kesehatan) dan keterampilan keamanan siber quantum-safe untuk migrasi ke kriptografi pasca-kuantum. Permintaan mencakup peneliti, insinyur perangkat lunak, insinyur kontrol/kriogenik dan fotonik, teknisi, dan integrator sistem, dengan kekurangan saat ini yang ditandai di seluruh hardware canggih, algoritma, dan rantai pasokan manufaktur. Strategi yang efektif mencakup kurikulum modular dan berbasis stack (dari dasar-dasar hingga koreksi error dan benchmarking), pelatihan dan magang yang terintegrasi dengan industri, dan program hub regional yang mengkoordinasikan universitas, laboratorium nasional, dan perusahaan untuk mempercepat pembelajaran berbasis pengalaman dan penempatan kerja. Pembuat kebijakan harus memprioritaskan standar/kerangka kompetensi, jalur mobilitas dan pelatihan ulang, dan pengembangan bakat yang inklusif, untuk mempertahankan inovasi sambil mengurangi hambatan komersialisasi dan akses yang tidak merata.

Kekuatan komputer kuantum IBM

Komputer kuantum IBM menggunakan qubit superkonduktor dan menonjol melalui desain prosesor konektivitas tinggi - yang dicontohkan oleh arsitektur Nighthawk - memungkinkan circuit ~30% lebih kompleks dari generasi sebelumnya dan mendukung rute yang lebih efisien ke qubit logis daripada tata letak yang bersaing. Platform IBM Quantum System Two® yang modular dan dapat ditingkatkan, dibangun di sekitar prosesor Heron dengan tingkat error yang meningkat ~10× dan integrasi kuantum-klasik hybrid, mempercepat alur kerja dalam kimia, material, dan optimasi - dan memposisikan IBM sebagai pemimpin dalam superkomputer yang berpusat pada kuantum. Peta jalan pengembangan jangka panjang IBM, armada yang terhubung cloud secara global, dan Quantum Network industri-akademi terbesar di dunia memberikan aksesibilitas yang tak tertandingi, kedewasaan perangkat lunak (Qiskit), dan kerangka benchmarking berbasis komunitas yang memperkuat keunggulan ekosistem IBM atas pesaing.

Referensi

Referensi-referensi berikut mungkin sangat berguna dalam menyusun narasi yang terinformasi dengan baik tentang proyek kuantum. Mereka telah diurutkan terlebih dahulu berdasarkan topik dan kemudian berdasarkan jenis aset untuk memungkinkan pencocokan dengan norma lembaga pendanaan.

Apa itu komputasi kuantum - dan apa yang bukan

Laporan Pemerintah / Resmi

National Academies / Standards Bodies

Organisasi Antar Pemerintah / Kebijakan

Dampak lebih luas dari teknologi kuantum

Program Pemerintah / Resmi

Organisasi Antar Pemerintah / Kebijakan

Peer‑Reviewed / Ilmiah & Laporan Domain

Analisis Industri Besar / Konsultasi

Kebutuhan pendidikan dan tenaga kerja dalam teknologi kuantum

Organisasi Antar Pemerintah / Kebijakan

Program Resmi / Hub Regional

Kerangka Flagship / Kompetensi

Kekuatan komputer kuantum IBM

Resmi / Primer (IBM)

Berita / Fitur Terkemuka

Peer‑Reviewed / Tinjauan Ilmiah

Ringkasan Analis / Industri

Konteks Ekosistem/Jaringan