|
Развитие квантовой информатики
|
|
|
|
Обладая собственными уникальными областями знаний и ресурсами, все NQISRC ориентированы на одну и ту же миссию — развитие квантовой информатики. Пять национальных научно-исследовательских центров квантовой информации (NQISRC) используют поведение природы в мельчайших масштабах для разработки технологий для решения самых сложных научных задач. При поддержке Управления науки Министерства энергетики США (DOE) NQISRC с 2020 года поддерживают миссию Министерства энергетики по укреплению энергетической, экономической и национальной безопасности Соединенных Штатов. Создавая национальную квантовую экосистему и рабочую силу, состоящую из исследователей примерно из 70 учреждений в Соединенных Штатах, центры создают богатую среду для квантовых инноваций и совместного проектирования.
|
|
|
|
Центры NQISRC объединяют в себе ультрасовременное оборудование Министерства энергетики, выдающиеся таланты в национальных лабораториях и университетах США, а также предприимчивую изобретательность американских технологических компаний. В результате центры раздвигают границы возможного в квантовых компьютерах, датчиках, устройствах, материалах и многом другом. Каждый национальный центр возглавляет национальная лаборатория Министерства энергетики:
|
|
|
- Центр совместного проектирования Quantum Advantage (C2QA) под руководством Брукхейвенской национальной лаборатории
|
|
- Q-NEXT под руководством Аргоннской национальной лаборатории
|
|
- Центр квантовой науки (QSC), возглавляемый Окриджской национальной лабораторией.
|
|
- Ускоритель квантовых систем (QSA) под руководством Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли
|
|
- Центр сверхпроводящих квантовых материалов и систем (SQMS) под руководством Национальной ускорительной лаборатории Ферми
|
|
|
|
«Каждый центр сам по себе является огромной силой для квантовой информатики, раздвигая границы вычислительной техники, физики, химии и материаловедения, чтобы принести нации трансформационные новые технологии», — сказал директор Q-NEXT Дэвид Авшалом. «Но вместе они представляют собой национальную электростанцию, поднимающую квантовую науку и инженерию на особое место в США и позиционирующую страну как мирового лидера в этой области». Быстро развивающаяся область исследований, квантовая информатика (QIS), изучает квантовые свойства природы для создания новых эффективных способов обработки информации в таких различных областях, как медицина, энергетика и финансы. Управляя самыми фундаментальными свойствами материи, исследователи могли изобретать новые датчики беспрецедентной точности, мощные компьютеры и безопасные сети связи.
|
|
|
|
С этой целью центры работают над созданием прототипов и оценкой производительности и влияния квантовых компьютеров и датчиков, созданных с использованием различных технологических платформ и архитектур. «В развитии квантовых вычислений есть много вариантов и возможностей, и понимание того, как современные устройства выходят из строя, открывает нам путь вперед», — сказал директор C2QA Эндрю Хоук. «NQISRC могут справиться с этой удивительно сложной задачей, потому что, несмотря на большие успехи в этой области, современные квантовые компьютеры все еще слишком шумны и подвержены ошибкам для полезных вычислений».
|
|
|
|
Понимание квантового поведения материалов имеет решающее значение для преодоления этих шумовых ограничений и для реализации устройств, которые дадут квантовое преимущество. Национальные лаборатории имеют уникальную возможность предложить передовые средства и знания, которые помогут понять и преодолеть эти ограничения. «Министерство энергетики годами инвестировало в передовые технологии, инструменты и оборудование в национальных лабораториях, которые предлагают уникальные возможности для повышения производительности квантовых устройств», — сказала директор SQMS Анна Грасселино. «Мы рады предложить ведущий мировой опыт для революционного продвижения QIS, особенно потому, что QIS может помочь в продвижении нашей миссии по пониманию мира на его самом фундаментальном уровне».
|
|
|
|
Междисциплинарные группы в NQISRCs совместно разрабатывают квантовые технологии, чтобы подготовить почву для будущих научных открытий. Достижения в области QIS принесут пользу обществу, например новые материалы и мощные квантовые датчики, которые в сочетании с медицинскими устройствами визуализации смогут измерять ткани на уровне отдельных клеток, что значительно повысит чувствительность современных машин магнитно-резонансной томографии. Благодаря пониманию того, что позволяет и ограничивает различные квантовые технологии и какие инструменты необходимо разработать, усилия по совместному проектированию в рамках NQISRC могут привести к более быстрой разработке лекарств и вакцин, новым материалам, улучшениям в транспортировке и логистике, а также к более безопасным финансовым сетям.
|
|
|
|
В качестве национальной экосистемы исследователи NQISRC используют пользовательские средства и программы Управления науки Министерства энергетики США мирового класса, такие как Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории, Oak Ridge Leadership Computing Facility в Oak Ridge National Laboratory, Advanced Light Source в Lawrence Berkeley. Национальная лаборатория, Национальный источник синхротронного света II в Брукхейвенской национальной лаборатории, а также оборудование и технологии сверхпроводящих технологий в Фермилабе.
|
|
|
|
«Благодаря финансированию этих стратегических квантовых центров Министерство энергетики дало исследователям невероятную возможность сделать впечатляющие и изменяющие мир открытия в QIS», — сказал директор QSC Трэвис Хамбл. «Исходя из первых двух лет работы, есть все основания полагать, что в ближайшие годы эти центры добьются огромного прогресса в продвижении QIS к реальным инновациям. Мы увидим растущий поток научных открытий через цепочку инноваций». Точно так же ученые из лабораторий и университетов могут использовать ориентированные на рынок технологии, разработанные их отраслевыми партнерами, такие как испытательные стенды и инструменты моделирования. Извлекая выгоду из этих сетей, каждый центр прокладывает путь к коммерциализации квантовых технологий и, в конечном итоге, к доведению их до широкой публики.
|
|
|
|
Длительное влияние усилий NQISRC по совместному проектированию науки и техники будет зависеть от квантовой рабочей силы, которая сможет перенести ее в будущее. Все национальные центры привержены созданию рабочей силы с упором на разнообразие, равенство и инклюзивность посредством программ институциональных степеней, совместных программ обучения с промышленностью и программ переподготовки сертификатов. Это готовит почву для изучения многих других инноваций и вопросов фундаментальной науки. «Центры использовали комплексный подход к обучению следующего поколения ученых и исследователей QIS и к созданию новых каналов для недостаточно представленных групп», — заявил директор QSA Ирфан Сиддики. «Мы все прилагаем особые усилия для поддержки разнообразной квантовой рабочей силы в быстрорастущей области».
|
|
|
|
Например, QSC в Национальной лаборатории Ок-Риджа провела в мае свою вторую ежегодную летнюю школу по квантовым технологиям — форум для обмена темами QIS со старшеклассниками, студентами колледжей, докторантами и профессионалами. Мероприятие включало в себя панели по стратегиям развития рабочей силы с ведущими представителями отрасли, а также возможности для общения студентов и сотрудников. C2QA недавно провела свою вторую шестинедельную летнюю школу по квантовым вычислениям QIS101 для студентов бакалавриата в этом году, уделяя особое внимание развитию фундаментальных и практических навыков и развитию разнообразной квантовой рабочей силы. 40% участников летней сессии C2QA были женщины, и почти 44% были из сообществ, недостаточно представленных в QIS.
|
|
|
|
Q-NEXT сотрудничает с другими квантовыми учреждениями для создания более разнообразной и инклюзивной квантовой рабочей силы в рамках Open Quantum Initiative, группы, возглавляемой Чикагской квантовой биржей. Одним из ключевых усилий было создание программы стипендий для студентов, недостаточно представленных в расовом меньшинстве квантовых ученых. Этим летом участники стипендии работали бок о бок с учеными из сотрудничающих учреждений над сложными проектами в QIS. QSA тесно сотрудничает с несколькими региональными и международными компаниями, имеющими большой опыт программ разнообразия и интеграции. Кроме того, он сотрудничает с местными советами по экономическому развитию, которые уже активно работают в отрасли, для разработки программ стажировок и ученичества и ускорения запуска стартапов. В 2021 году QSA провела круглые столы для промышленности и инвесторов, в которых приняли участие десятки основателей, инвесторов, генеральных директоров, старших ученых и инженеров со всех концов Соединенных Штатов и со всего мира.
|
|
|
|
SQMS объявила получателя первой стипендии Кэролайн Б. Паркер, названной в честь Кэролайн Беатрис Паркер, которая была первой афроамериканкой, получившей докторскую степень. в физике. В настоящее время центр набирает второго научного сотрудника Паркер и завершает вторую ежегодную программу стажировки для студентов, а также летнюю школу SQMS QIS, организованную Институтом Галилео Галилея во Флоренции, Италия. 14 сентября в Брукхейвенской национальной лаборатории пройдет вторая виртуальная квантовая ярмарка вакансий NQISRC. Мероприятие направлено на то, чтобы студенческие, аспирантские и постдокторские сообщества были более осведомлены о NQISRC Управления науки Министерства энергетики США и о различных типах карьеры в QIS в центрах - от технических до карьеры, не связанных с STEM. Первая ярмарка вакансий NQISRC, состоявшаяся осенью 2021 года, привлекла около 400 участников, 12% из которых были представлены учреждениями, обслуживающими меньшинства. Достижения в области квантовой информатики могут произвести революцию в исследованиях и обществе. NQISRC находятся в авангарде этой новой области, разрабатывая технологии, которые выходят за рамки того, что было возможно ранее.
|
|
|
|
Источник
|
