Центр SQMS Фермилаба рассматривает все аспекты «квантовой головоломки»

<a href="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physical-world-4.jpg " data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physical-world -4.jpg" data-caption="Открыт для бизнеса Директор SQMS Анна Грасселлино обращается к делегатам на церемонии перерезания ленточки перед Квантовым гаражом Фермилаб в ноябре 2023 года. Лаборатория площадью 560 квадратных метров предоставляет специальные помещения для поддержки программ SQMS в области квантовых вычислений и квантового зондирования. (Фото любезно предоставлено: Дэн Свобода, Райан Постел/Fermilab)»>

Анна Грасселлино – физик, который спешит. В качестве руководителя программы квантовой науки стоимостью 125 миллионов долларов в ее обязанности входит реализация дорожной карты исследований и разработок, которая может стоить миллиарды долларов для технологической отрасли США за счет разработки сверхпроводящих материалов и устройств для квантовых компьютеров следующего поколения.

Специалист по радиочастотной сверхпроводимости, Грасселлино является директором Центра сверхпроводящих квантовых материалов и систем (SQMS) Национальной ускорительной лаборатории Ферми, ведущего американского центра физики элементарных частиц, расположенного на окраине Чикаго, штат Иллинойс. SQMS, финансируемый на сумму 25 миллионов долларов в год в рамках своей первоначальной пятилетней программы (2020–25 годы), является одним из пяти специализированных исследовательских центров, специализирующихся на квантовой информатике в системе национальных лабораторий Министерства энергетики США (DOE) (см. Управление науки Министерства энергетики США: большие ставки на квантовые технологии» (см. ниже).

Конечная цель Министерства энергетики и SQMS: разработать и внедрить практические квантовые компьютеры и квантовые датчики с потенциалом для масштабного научного, промышленного и коммерческого внедрения.

Приоритет сотрудничества

Для достижения этой цели SQMS объединяет междисциплинарное сотрудничество более 500 ученых и инженеров из 30 партнерских учреждений – национальных лабораторий, университетов и предприятий в США и за их пределами – для решения «всех частей квантовой головоломки», по словам Грасселлино. Подумайте о прикладной и теоретической сверхпроводимости, вычислительной технике, физике высоких энергий и конденсированного состояния, криогенике, микроволновых устройствах и технике управления – при этом все эти коллективные усилия направлены непосредственно на перевод и применение квантовой науки и технологий.

Благодаря этим высококогерентным кубитам в конечном итоге станут возможными более сложные операции квантовых вычислений.

Анна Грасселино

Одной из фундаментальных проблем, волнующих исследователей SQMS, является квантовая когерентность, или как сохранить время жизни хрупких квантовых состояний как можно дольше (секунды, а не миллисекунды или микросекунды). «Используя сверхпроводники, охлажденные до криогенных температур, — говорит Грасселлино, — мы создаем среду, в которой микроволновые фотоны могут иметь длительное время жизни и защиту от внешних возмущений. Эти условия позволяют генерировать квантовые состояния, манипулировать ими и считывать их. Благодаря этим высококогерентным сверхпроводящим кубитам в конечном итоге станут возможными более сложные операции квантовых вычислений».

Хотя Граселлино по-прежнему тесно сотрудничает с передовыми учеными и инженерами, контролируя работу в лаборатории, ее график все чаще распределяется по другим направлениям – например, взаимодействие с финансирующими агентствами и партнерами по исследованиям, обеспечивая при этом выполнение проектов исследований и разработок SQMS в соответствии с контрольными показателями Министерства энергетики. и результаты. «Что мне действительно нравится, так это то, что у директора SQMS нет типичного дня», — говорит она. «Каждый день разный».

Расширение возможностей

В течение первых трех лет существования SQMS операционный приоритет Грасселлино и ее управленческой команды был ясен: масштабировать инфраструктуру квантовых исследований и разработок в Fermilab. Ярким примером является так называемый «Квантовый гараж» — лаборатория SQMS площадью примерно 560 квадратных метров, официально открытая в начале ноября 2023 года. С одной стороны, «Квантовый гараж» — это мероприятие по наращиванию потенциала: парк из шести дополнительных холодильников для разбавления (ранее их было всего два) теперь подключен к сети и обеспечивает криогенное охлаждение для поддержки экспериментальных программ SQMS, а также испытаний, измерений и определения характеристик сверхпроводящих устройств. и подсистемы.

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physical- мир-1.jpg" data-caption="Под одной крышей Ученые SQMS создали в Квантовом гараже серию научно-исследовательских стендов для поддержки исследований сверхпроводящих кубитов, процессоров квантовых вычислений и квантовых датчиков для программы фундаментальной физики Фермилаба. (Любезно предоставлено: Дэн Свобода, Райан Постел/Fermilab)» title=»Нажмите, чтобы открыть изображение во всплывающем окне» href=»https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses -all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physical-world-1.jpg”>

Однако «Квантовый гараж» — это нечто большее, чем просто экспериментальные мощности и исследовательские возможности. «Новый объект позволил нам запустить серию уникальных испытательных стендов для квантовых исследований и разработок», — отмечает Грасселлино. «Эта деятельность на испытательном стенде включает детальные исследования сверхпроводящих кубитов и квантовых вычислительных процессоров, а также разработку высококогерентных квантовых датчиков для поддержки программы фундаментальной физики Фермилаба — например, поиск частиц за пределами Стандартной модели, а также кандидатов в темную материю. и гравитационные волны».

Помимо этого, «Квантовый гараж» предоставляет инфраструктуру и персонал для так называемых «круговых процессов» — по сути, обмена квантовыми материалами, устройствами и подсистемами между партнерами по исследованиям и разработкам в сети SQMS для обеспечения принятия стандартизированных протоколов испытаний и измерений и обеспечения качества. -гарантийные цепи. «Наши коллеги из лабораторий стандартов, таких как Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) и Национальная физическая лаборатория (NPL) в Великобритании, имеют решающее значение для успеха этого пакета работ», — отмечает Грасселлино.

Сопутствующая инициатива – Национальная целевая группа по нанопроизводству – направлена ​​на усиление и стандартизацию усилий SQMS в области обработки наноматериалов. В рамках рабочей группы четыре партнера SQMS — Fermilab, NIST, Northwestern University и Rigetti Computing — работают вместе над программой постоянного совершенствования производства устройств.

«Это действительно продуктивное сотрудничество рука об руку», — отмечает Грасселлино. «У нас есть исследователи и инженеры SQMS, которые посещают чистые помещения друг друга, попутно обмениваясь «рецептами» материалов и специальными ноу-хау».

Более того, целевая группа уже добилась успеха, воспроизводимо увеличивая время когерентности сверхпроводящих кубитов (более чем в два раза) в трех центрах — Фермилаб, Ригетти и НИСТ. Ключевым моментом здесь является технология поверхностной инкапсуляции, разработанная SQMS, которая предотвращает образование поверхностных диэлектриков (которые очень вредны для производительности кубитов).

Квантовое образование и обучение

Quantum Garage также является центральным элементом усилий SQMS по расширению штата специалистов по квантовой технике. Например, еще в августе 2023 года около 150 делегатов из 70 организаций провели 10 дней в Фермилабе, посещая первую в США школу квантовой информатики (USQIS). Цель школы, которая будет проводиться ежегодно, — подготовить следующее поколение квантовых ученых, инженеров и техников путем обмена теоретическими знаниями и экспериментальными навыками посредством сочетания лекций, лабораторных занятий, панельных дискуссий и стендовых сессий.

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physical- мир-2.jpg" data-caption="Обратно в школу В августе 2023 года «Квантовый гараж» принял около 150 делегатов, посетивших первую в США школу квантовой информатики (USQIS). (Любезно предоставлено: Дэн Свобода, Райан Постел/Fermilab)» title=»Нажмите, чтобы открыть изображение во всплывающем окне» href=»https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses -all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physical-world-2.jpg»>

Участники первой школы имели широкий спектр опыта и знаний, включая студентов и аспирантов, преподавателей, а также научно-технический персонал из федеральных лабораторий и промышленности. Хотя школа была организована и проведена SQMS, лекции и обучение были в значительной степени коллективными усилиями, в которых приняли участие около 50 экспертов-преподавателей из всех пяти центров квантовых исследований Управления науки Министерства энергетики США. (В том же духе эстафета школы 2024 года теперь переходит к Центру квантовых наук Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси.)

Инновации испытательного стенда QUANT-NET: переосмысление квантовой сети

«С помощью школы USQIS мы предлагаем программу квантового образования, которая дает участникам интерактивный практический опыт обучения – подобный которому в настоящее время недоступен для многих, интересующихся быстро расширяющейся областью», – отмечает Грасселлино. В частности, школа знакомит участников со сложными технологиями, включая системы управления кубитами, мощные холодильники для разбавления и чистые помещения для нанопроизводства, ни один из которых обычно не встречается в типичной университетской среде. «Именно сочетание глубокого опыта и передовой инфраструктуры делает национальные лаборатории идеальным каналом для такого рода обучения и развития специалистов», — добавляет Грасселлино.

Учитывая обнадеживающий прогресс, очевидный по нескольким направлениям SQMS, Грасселлино уже обращает свое внимание на следующий пятилетний цикл финансирования инициативы Министерства энергетики в области квантовой информатики. Предлагаемое Министерством энергетики продление, которое в настоящее время рассматривается в Конгрессе, приведет к потенциальному увеличению финансирования SQMS в цикле 2025–30 годов.

«SQMS уже добилась успеха», — заключает Грасселлино. «Три года назад у нас было пустое помещение; теперь у нас есть полностью оборудованный квантовый гараж. В то же время мы создали международное сотрудничество ведущих экспертов, обучили более 500 студентов и постдоков во многих областях квантовой науки и техники, сохраняя при этом фокус нашей лазерной деятельности на основной миссии: повышении когерентности сверхпроводящих кубитов в систематический характер». 

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle/