Newswise — Центр совместного проектирования квантовых преимуществ (C²QA), возглавляемый Брукхейвенской национальной лабораторией Министерства энергетики США (DOE), охватывает более 27 различных партнерских и дочерних учреждений, начиная от исследовательских и академических кругов и заканчивая промышленностью. С²Основной целью QA является создание инструментов, необходимых для создания масштабируемых, распределенных и отказоустойчивых квантовых компьютерных систем, и каждый год центр растет, строится и усердно работает для поддержки этой миссии. 2023 год пролетел быстро, ознаменовав несколько памятных вех. Вот некоторые основные моменты прошлого года.

Наука и технология

Кубиты, базовые квантовые системы, хранящие информацию, — вещь суетливая. Малейшие колебания окружающей среды могут привести к их поломке. Тепло, окружающее излучение, магнитные поля и даже другие окружающие кубиты могут привести к утечке информации, хранящейся в кубите, в окружающую среду и изменению ее состояния, что сделает ее нежизнеспособной. Это известно как «декогеренция», и это одна из самых больших проблем на пути воплощения квантовой революции в реальность.

Использование материалов позволило добиться значительного прогресса в продлении срока службы этих привередливых насадок. Ученые из Центра функциональных наноматериалов (CFN) и Национального источника синхротронного света II (NSLS-II) в Брукхейвенской лаборатории и C²Партнер по обеспечению качества, Принстонский университет, исследовал фундаментальные причины того, что танталовые кубиты работают лучше, расшифровав химический профиль этого материала. Результаты этой работы, недавно опубликованные в журнале Передовая наука , предоставит ключевые знания для разработки еще лучших кубитов в будущем. CFN и NSLS-II — это объекты управления научных исследований Министерства энергетики США в Брукхейвенской лаборатории.

Исследовательская группа Деворета в Йельском университете также усердно работала над продлением срока службы и производительности кубитов. Под руководством Мишеля Деворе, лидера подтолкнутых устройств в точке C.²QA, команде удалось удвоить срок службы кубита на основе тантала с помощью процесса, называемого коррекцией ошибок. Исправление ошибок — это особый тип кодирования, который теоретически защитит информацию в кубите. Исследователи применили несколько методов, основанных на многолетних исследованиях, чтобы прийти к этому революционному результату, который был опубликован в журнале Nature ранее в этом году.

В этом году Натан Вибе, руководитель направления программного обеспечения Центра, и его команда работали над квантовым алгоритмом, который со значительным преимуществом имитировал классические гармонические осцилляторы. Хотя другие модели моделирования дали аналогичные результаты, они в основном исследовали представления систем, которые уже являются квантовомеханическими по своей природе. Это исследование показало, что при правильных условиях квантовый компьютер может решить классическую задачу значительно быстрее.

Работа с сообществом

Сообщество квантовой информатики (QIS) растет по мере ускорения исследований, и C²QA делает все возможное, чтобы привлечь выдающиеся таланты и обеспечить доступность возможностей в этой области для всех сообществ и учреждений. Отчасти это начинается с обращения к учащимся еще в старшей школе, знакомства их с этой многообещающей областью и предоставления им возможности связаться с экспертами и узнать о ней больше.

Прошлым летом C.²Компания QA провела QIS 101, летнюю школу виртуальных квантовых вычислений. На третьем году своего существования QIS 101 закрепил свои успехи и извлек уроки из возникших проблем, чтобы еще больше оптимизировать курс. Углубленная курсовая работа, включающая 50 практических проектов, в этом году растянулась на шесть недель. За три коротких года 12 выпускников курса прошли стажировку для студентов или аспирантов в Brookhaven Lab, других лабораториях Министерства энергетики или предприятиях, ориентированных на STEM; семь студентов были приняты в магистратуру по направлениям STEM; и двое были приняты в докторантуру. программы в областях STEM. Эти достижения являются ярким отражением талантливых кандидатов, принятых в QIS 101, и того, что они принесут в эту растущую область.

С²Виртуальная ярмарка вакансий Quantum Information Science, проводимая QA, продолжает расти как по числу посетителей, так и по количеству предложений. В этом году количество экспонентов увеличилось более чем вдвое, достигнув 42 стендов, представляющих исследования, научные круги и промышленность. Мероприятие собрало более 1300 зарегистрировавшихся, что на 39% больше, чем в предыдущем году, и 780 посетителей — на обнадеживающие 59% больше, чем в предыдущем году. Около трех четвертей участников составляли студенты (23% студентов и 44% аспирантов) и постдоки (13%). На веб-сайт вакансий, где соискатели могли мгновенно подать заявку, было совершено 2100 кликов, и было посещено более 10 000 стендов!

Серия виртуальных лекций «Квантовый четверг» по-прежнему популярна. С²В этом году QA провела 13 квантовых четвергов на самые разные темы. Хотя целевой аудиторией этих занятий для начинающих являются студенты бакалавриата, примерно 40% участников идентифицируют себя как студенты или аспиранты. Серия была расширена за счет докладчиков и представителей всех пяти Национальных исследовательских центров квантовой информатики Министерства энергетики США, что подготовило почву для более широкой картины квантового ландшафта в наступающем году. Предыдущие лекции можно просмотреть в C.²Видеоархив QA.

Еще одним важным аспектом развития центра является обеспечение места каждому в квантовом пространстве. Разнообразные таланты, привлеченные через программы, которые освещают недостаточно представленных людей и учреждения, приносят пользу всему ландшафту QIS. В 2023 году была запущена программа работы с преподавателями университетов, интересующихся квантовыми технологиями (FOQUS). В этой коллективной программе использовались ресурсы и опыт Брукхейвенской лаборатории, в том числе Управления по вопросам разнообразия, равенства и инклюзивности и Управления образовательных программ, C.²QA, Отдел развития кадров для учителей и ученых Управления науки Министерства энергетики США и Квантовый центр IBM-HBCU. Эта амбициозная программа побудила преподавателей университетов объединить и расширить свои сети и использовать программы, предлагаемые Министерством образования, для привлечения студентов и преподавателей. Разрушая барьеры и способствуя налаживанию связей, преподаватели могут подготовить и подготовить недостаточно представленных студентов всех дисциплин STEM к вхождению в мир QIS.

Взгляд в будущее

«В 2023 году мы увидели так много многообещающих разработок по каждому направлению Центра», — отметил К.²Директор по обеспечению качества Эндрю Хоук. «Мы не просто находим ответы, мы находим новые вопросы, которые можно задать в предстоящем году. Я думаю, что мы находимся на этом этапе и скоро увидим – в ближайшие пять или 10 лет – эти машины начнут делать вещи, которые будут полезны и лучше, чем любая другая технология».

Объединение с другими NQISRC в будущем может помочь снять некоторые ограничения для быстро развивающихся программ. Например, в QIS 101 поступило 424 заявки, тогда как из-за бюджетных ограничений программа может поддерживать только до 40 студентов. Объединение усилий с другими центрами могло бы позволить большему числу участников воспользоваться этими возможностями в будущем.

Брукхейвенская национальная лаборатория поддерживается Управлением науки Министерства энергетики США. Управление науки является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из наиболее насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите сайт science.energy.gov.

Следите за @BrookhavenLab в социальных сетях. Найдите нас в Instagram, LinkedIn, Икси Facebook.