Fermilabi SQMS keskus käsitleb kõiki "kvantmõistatuse" - füüsikamaailma - aspekte

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physics-world-4.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physics-world-4.jpg" data-caption="Ettevõtluseks avatud SQMS-i direktor Anna Grassellino pöördub delegaatide poole Fermilabi Quantum Garage'i lindilõikamise tseremoonial 2023. aasta novembris. 560 ruutmeetri suurune labor pakub spetsiaalseid vahendeid, et toetada SQMS-i programme kvantarvutamise ja kvantsensori valdkonnas. (Viisakalt: Dan Svoboda, Ryan Postel/Fermilab)”>

Anna Grassellinol on kiire füüsik. 125 miljoni dollari suuruse kvantteaduse programmi juhina on tema ülesandeks viia ellu teadus- ja arendustegevuse tegevuskava, mis võib olla väärt miljardeid dollareid USA tehnoloogiatööstusele, arendades ülijuhtivaid materjale ja seadmeid järgmise põlvkonna kvantarvutite jaoks.

RF ülijuhtivuse spetsialist Grassellino on ülijuhtivate kvantmaterjalide ja süsteemide (SQMS) keskuse direktor Fermi riiklikus kiirendilaboris, mis on USA silmapaistev osakestefüüsika asutus Illinoisi osariigis Chicago äärelinnas. SQMS, mida rahastatakse selle esialgse viieaastase programmi (25–2020) kaudu 25 miljonit dollarit aastas, on üks viiest sihtotstarbelisest uurimiskeskusest, mis keskenduvad kvantinfoteadusele USA energeetikaministeeriumi (DOE) riiklikus laborisüsteemis (vt " DOE Office of Science: panustamine suurtele kvantidele”, allpool).

DOE ja SQMS lõppmäng: arendada ja juurutada praktilisi kvantarvuteid ja kvantandureid, millel on potentsiaali laiaulatuslikuks teaduslikuks, tööstuslikuks ja kaubanduslikuks kasutuselevõtuks.

Koostöö esikohale seadmine

Selle eesmärgi saavutamiseks ühendab SQMS rohkem kui 500 teadlase ja inseneri multidistsiplinaarset koostööd 30 partnerasutusest – riiklikest laboritest, ülikoolidest ja ettevõtetest USA-s ja mujal, et käsitleda Grassellino sõnul "kvantpusle kõiki osi". Mõelge rakenduslikule ja teoreetilisele ülijuhtivusele, arvutusteadusele, suure energia ja kondenseeritud aine füüsikale, krüogeensele, mikrolaineseadmetele ja juhtimistehnoloogiale – kogu see kollektiivne jõupingutus on täpselt kooskõlas kvantteaduse ja -tehnoloogia tõlkimise ja rakendamisega.

Nende väga sidusate kubitide abil saavad lõpuks võimalikuks keerukamad kvantarvutustoimingud

Anna Grassellino

Üks põhiprobleeme, mis SQMS-i teadlasi vaevab, on kvantsidusus ehk kuidas säilitada habraste kvantolekute eluiga nii kaua kui võimalik (mittesekundite või mikrosekundite asemel). "Kasutades krüogeense temperatuurini jahutatud ülijuhte," ütleb Grassellino, "loome keskkondi, kus mikrolaine footonitel võib olla pikk eluiga ja kaitse väliste häirete eest. Need tingimused võimaldavad genereerida kvantseisundeid, nendega manipuleerida ja neid ette lugeda. Nende väga koherentsete ülijuhtivate kubitide abil saavad lõpuks võimalikuks keerukamad kvantarvutustoimingud.

Kuigi Grassellino teeb endiselt tihedat koostööd juhtivate teadlaste ja inseneridega – jälgides laboris tööd –, jagatakse tema ajakava üha enam muudele suundadele – näiteks rahastamisagentuuride ja uurimispartneritega, tagades samal ajal, et SQMS-i teadus- ja arendusprojektid jäävad õigel teel võrreldes DOE verstapostidega. ja tarneid. "Mulle tõesti meeldib see, et SQMS-i direktorina pole tavalist päeva," ütleb ta. "Iga päev on erinev."

Rajatiste suurendamine

SQMS-i esimese kolme aasta jooksul oli Grassellino ja tema juhtkonna tegevuse prioriteet selge: laiendada Fermilabi kvantuuringute ja arendustegevuse infrastruktuuri. Näiteks nn Quantum Garage – umbes 560 ruutmeetri suurune SQMS labor, mis käivitati ametlikult 2023. aasta novembri alguses. Ühel tasandil on Quantum Garage suutlikkuse suurendamise harjutus, kus on kuus täiendavat lahjenduskülmikut (varem oli neid vaid kaks), mis on nüüd võrgus ja pakuvad krüogeenset jahutust, et toetada SQMS-i katseprogramme ning ülijuhtivate seadmete katsetamist, mõõtmist ja iseloomustamist. ja allsüsteemid.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physics-world-1.jpg" data-caption="Ühe katuse all SQMS-i teadlased on Quantum Garage'is loonud rea teadus- ja arendustegevuse katselaudu, et toetada ülijuhtivate kubittide, kvantarvutusprotsessorite ja kvantandurite uuringuid Fermilabi põhifüüsika programmi jaoks. (Visaldus: Dan Svoboda, Ryan Postel/Fermilab)” title=”Pildi avamiseks hüpikaknas klõpsake” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses -kõik-aspektid-of-the-quantum-puzzle-physics-world-1.jpg”>

Quantum Garage on aga palju enamat kui katsevõimsus ja uurimistöö läbilaskevõime. "Uus rajatis on võimaldanud meil käivitada unikaalsete kvantuuringute ja arendustegevuse katsetallade seeria, " märgib Grassellino. "Need katsealuse tegevused hõlmavad ülijuhtivate kubitite ja kvantarvutusprotsessorite granuleeritud uuringuid, samuti kõrge koherentsusega kvantandurite väljatöötamist, et toetada Fermilabi fundamentaalset füüsikaprogrammi – näiteks osakeste otsimine väljaspool standardmudelit, aga ka tumeaine kandidaate. ja gravitatsioonilained."

Lisaks veel ühele koordinaadile pakub Quantum Garage infrastruktuuri ja personali nn ringkäikudeks – sisuliselt kvantmaterjalide, seadmete ja alamsüsteemide vahetamiseks teadus- ja arendustegevuse partnerite vahel SQMS-võrgus, et tagada standardiseeritud katse- ja mõõtmisprotokollide kasutuselevõtt ning kvaliteet. -kindlustusketid. "Meie kolleegid standardilaborites, nagu USA riiklik standardite ja tehnoloogia instituut (NIST) ja Ühendkuningriigi riiklik füüsikalaboratoorium (NPL), on selle tööpaketi edu jaoks üliolulised," märgib Grassellino.

Seotud algatuse – riikliku nanotöötlemise töörühma – eesmärk on tõhustada ja standardida nanomaterjalide töötlemise SQMS-i jõupingutusi. Töörühmas töötavad neli SQMS-i partnerit – Fermilab, NIST, Northwesterni ülikool ja Rigetti Computing – koos pideva täiustamisprogrammi kallal seadme tasemel tootmiseks.

"See on tõesti produktiivne, käsikäes koostöö," märgib Grassellino. "Meil on SQMS-i teadlased ja insenerid, kes külastavad üksteise puhastusruume, vahetavad selle käigus materjalide "retsepte" ja spetsialistide oskusteavet.

Veelgi enam, töörühm on juba saavutanud edu, suurendades reprodutseeritavalt ülijuhtivate kubitite koherentsusaegu (rohkem kui kaks korda) kolmes kohas – Fermilab, Rigetti ja NIST. Siin on võtmeks SQMS-i teerajatud pinnakapseldamise tehnika, mis takistab pinnadielektrikute teket (mis on kubiti jõudlusele väga kahjulik).

Kvantharidus ja koolitus

Quantum Garage on ka SQMS-i jõupingutuste keskpunkt, et laiendada spetsialiseerunud kvanttööjõudu. Näiteks 2023. aasta augustis veetis ligi 150 delegaati 70 organisatsioonist 10 päeva Fermilabis, osaledes USA esimeses kvantinfoteaduse (USQIS) koolis. Igal aastal toimuva kooli eesmärk on arendada kvantteadlaste, inseneride ja tehnikute järgmist põlvkonda, jagades teoreetilisi teadmisi ja eksperimentaalseid oskusi läbi loengute, laboritundide, paneeldiskussioonide ja posterisessioonide.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle-physics-world-2.jpg" data-caption="Tagasi kooli 2023. aasta augustis võõrustas Quantum Garage peaaegu 150 delegaati, kes osalesid USA esimeses kvantinfoteaduse (USQIS) koolis. (Visaldus: Dan Svoboda, Ryan Postel/Fermilab)” title=”Pildi avamiseks hüpikaknas klõpsake” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses -kõik-aspektid-of-the-quantum-puzzle-physics-world-2.jpg”>

Avakoolis osalejad olid paljude kogemuste ja taustaga, sealhulgas bakalaureuse- ja magistriõppe üliõpilased, pedagoogid ning föderaallaborite ja tööstuse teaduslikud ja tehnilised töötajad. Kuigi kooli korraldas ja võõrustas SQMS, olid loengud ja koolitused vägagi kollektiivsed, kaasates ligi 50 asjatundlikku juhendajat kõigist viiest DOE Office of Science'i kvantuuringute keskusest. (Samas vaimus läheb 2024. aasta kooli teatepulk nüüd Tennessee osariigis Oak Ridge'i riiklikus laboris asuvasse Quantum Science Centerisse.)

QUANT-NETi katsealuse uuendused: kvantvõrgu ümberkujundamine

"USQIS-kooliga pakume kvantharidusprogrammi, mis annab osalejatele interaktiivse ja praktilise õppimiskogemuse – mille sarnased on praegu paljudele kiiresti laienevast valdkonnast huvitatud inimestele kättesaamatud," märgib Grassellino. Eelkõige tutvustab kool osalejaid keerukatele võimaldavatele tehnoloogiatele, sealhulgas kubiti juhtimissüsteemidele, suure võimsusega lahjenduskülmikutele ja nanotootmise puhastele ruumidele, millest ühtegi tüüpilises ülikoolikeskkonnas tavaliselt ei leia. "See on segu sügavatest teadmistest ja tipptasemel infrastruktuurist, mis muudab National Laboratories ideaalseks kanali seda tüüpi spetsialistide koolituseks ja arendamiseks," lisab Grasselino.

Kuna mitmel SQMS-i rindel on märgata julgustavaid edusamme, pöörab Grassellino juba tähelepanu DOE kvantinfoteaduse algatuse järgmisele viieaastasele rahastamistsüklile. DOE kavandatav uuendamine – mida praegu kongressis vaadatakse – suurendaks SQMSi rahastamist tsükli 2025–30 jaoks.

"SQMS on juba edukas," järeldab Grassellino. “Kolm aastat tagasi oli meil tühi rajatis; nüüd on meil täielikult komplekteeritud Quantum Garage. Samal ajal oleme loonud juhtivate ekspertide rahvusvahelise koostöö, koolitanud rohkem kui 500 üliõpilast ja järeldoktorit paljudes kvantteaduse ja inseneriteaduse valdkondades, säilitades samal ajal oma laserfookuse põhiülesandele: ülijuhtivate kubittide sidususe suurendamisele süstemaatiliselt." 

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle/