Миссия «Генезис» Министерства энергетики США: национальные вызовы в области науки и технологий.

Список ключевых разделов

1. Переосмысление передового производства и промышленной производительности
2. Переосмысление строительства и эксплуатации зданий
3. Масштабирование биотехнологической революции
4. Обеспечение поставок критически важных минералов в США
5. Обеспечение более быстрой, безопасной и дешевой ядерной энергии
6. Ускорение внедрения термоядерной энергии
7. Трансформация очистки и восстановления на ядерных объектах
8. Использование ИИ для открытия квантовых алгоритмов
9. Реализация квантовых систем для научных открытий
10. Возвращение микроэлектронной промышленности в США
11. Обеспечение лидерства США в области центров обработки данных
12. Ускорение открытия, производства и сертификации материалов для стратегического сдерживания
13. Реализация автономных лабораторий на базе искусственного интеллекта
14. Проектирование материалов с предсказуемыми функциями
15. Улучшение ускорителей частиц для научных открытий
16. Унификация физики от кварков до Вселенной
17. Прогнозирование использования воды в энергетике США
18. Масштабирование энергосистемы для поддержки экономики США
19. Раскрытие потенциала подземных стратегических энергоресурсов
20. Ускорение оценки, подготовки и реагирования на ядерные угрозы
21. Использование исторических ядерных данных и исследований США
22. Усиление экспериментальных возможностей ядерных исследовательских объектов
23. Интеграция проектирования и производственных операций для ядерного сдерживания
24. Защита от угроз распространения ядерных материалов
25. Упрощение производства в ядерной отрасли, устранение бюрократии и обеспечение безопасности
26. Усиление сдерживания за счет отслеживания происхождения ядерных и радиационных характеристик

Введение в документ

В данном отчете «Миссия Genesis Министерства энергетики США: национальные научные и технологические вызовы» систематически излагается комплексная научно-техническая повестка дня, разработанная Министерством энергетики США (DOE) для решения ряда национальных стратегических задач. Основное внимание в отчете уделяется выявлению и определению 21 ключевой проблемы, а также предложению для каждой из них структуры решений, движимой искусственным интеллектом (ИИ). Эти вызовы охватывают такие важнейшие области, как энергетика, производство, национальная безопасность, фундаментальная наука и биотехнологии. Их общая цель — использование передовых технологий, в частности искусственного интеллекта, высокопроизводительных вычислений (HPC) и цифровых двойников, для ускорения перевода научных открытий в практическое применение и повышения промышленной конкурентоспособности с целью укрепления технологического лидерства, энергетической независимости, экономического процветания и национальной безопасности США.

Отчет имеет четкую структуру: для каждого вызова выделена отдельная аналитическая глава, каждая из которых следует логической схеме из четырех частей: вызов — решение на основе ИИ — обоснование реализации — влияние на страну. В разделе «Вызов» отчет точно анализирует ключевые узкие места, с которыми в настоящее время сталкиваются различные области, такие как «долина смерти» в передовом производстве (разрыв между научным открытием и коммерческим продуктом), зависимость от импорта критически важных минералов, нелинейная сложность разработки биотехнологий, проблемы стоимости и безопасности развертывания ядерной энергии, а также насущная необходимость модернизации системы ядерного сдерживания и нераспространения. В разделе «Решение на основе ИИ» подробно описывается, как использовать такие инструменты, как генеративный ИИ, агентный ИИ, многоуровневое моделирование и автономные экспериментальные платформы, для навигации по сложным системам, обнаружения скрытых взаимосвязей, оптимизации процессов и реализации сквозной цифровой трансформации.

В отчете подчеркивается, что DOE и его система национальных лабораторий являются уникальным активом для реализации этой масштабной повестки дня. Их всемирно признанный опыт (например, возможности в области геномики Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, Лаборатория экологических молекулярных наук Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории), передовые объекты (такие как объекты синтеза и характеризации, Национальный пользовательский центр биомассы, Интегрированный биохимический нефтеперерабатывающий завод) и непревзойденные ресурсы высокопроизводительных вычислений создают идеальную среду для разработки, проверки и развертывания решений на основе ИИ. В то же время долгая история сотрудничества DOE с промышленностью способствует получению и использованию реальных промышленных данных, что обеспечивает практичность и масштабируемость предлагаемых решений.

Ожидается, что усилия, описанные в данном отчете, окажут глубокое влияние на страну. Создавая эффективные, распределенные и адаптивные интеллектуальные платформы, США могут коренным образом изменить подходы к промышленному производству, строительству, биопроизводству и открытию материалов, тем самым повысив устойчивость цепочек поставок, создав рабочие места и стимулируя экономический рост. В энергетическом секторе ускорение развития ядерной и термоядерной энергии, оптимизация энергосистемы и раскрытие потенциала подземных ресурсов будут напрямую способствовать энергетической независимости. На уровне национальной безопасности ускорение разработки стратегических материалов с помощью ИИ, интеграция проектирования и производства систем ядерного сдерживания, усиление возможностей отслеживания ядерных характеристик и предотвращение распространения ядерных материалов будут напрямую служить укреплению стабильности и эффективности стратегического сдерживания страны. В целом, данный отчет представляет собой дорожную карту, направленную на системное решение наиболее актуальных научно-технических и стратегических вызовов, стоящих перед США в 21 веке, посредством целенаправленных инвестиций и междисциплинарного взаимодействия.