फ़र्मिलाब का एसक्यूएमएस सेंटर 'क्वांटम पहेली' - फिजिक्स वर्ल्ड के सभी पहलुओं को संबोधित करता है

<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="व्यापार के लिए खुला एसक्यूएमएस निदेशक अन्ना ग्रासेलिनो ने नवंबर 2023 में फर्मिलैब के क्वांटम गैराज के रिबन काटने के समारोह में प्रतिनिधियों को संबोधित किया। 560 वर्ग मीटर की प्रयोगशाला क्वांटम कंप्यूटिंग और क्वांटम सेंसिंग में एसक्यूएमएस कार्यक्रमों का समर्थन करने के लिए समर्पित सुविधाएं प्रदान करती है। (सौजन्य: डैन स्वोबोडा, रयान पोस्टेल/फर्मिलैब)">

एना ग्रासेलिनो जल्दबाज भौतिक विज्ञानी हैं। 125 मिलियन डॉलर के क्वांटम विज्ञान कार्यक्रम के नेता के रूप में, उनका उद्देश्य एक अनुसंधान एवं विकास रोडमैप को लागू करना है जो अगली पीढ़ी के क्वांटम कंप्यूटरों के लिए सुपरकंडक्टिंग सामग्री और उपकरणों के विकास के माध्यम से अमेरिकी तकनीकी उद्योग के लिए अरबों डॉलर का हो सकता है।

आरएफ सुपरकंडक्टिविटी के विशेषज्ञ, ग्रासेलिनो शिकागो, इलिनोइस के बाहरी इलाके में पूर्व-प्रतिष्ठित अमेरिकी कण भौतिकी सुविधा, फर्मी नेशनल एक्सेलेरेटर प्रयोगशाला में सुपरकंडक्टिंग क्वांटम सामग्री और सिस्टम (एसक्यूएमएस) केंद्र के निदेशक हैं। अपने प्रारंभिक पांच-वर्षीय कार्यक्रम (25-2020) के माध्यम से 25 मिलियन डॉलर की धनराशि से वित्त पोषित, एसक्यूएमएस अमेरिकी ऊर्जा विभाग (डीओई) राष्ट्रीय प्रयोगशाला प्रणाली के भीतर क्वांटम सूचना विज्ञान पर केंद्रित पांच समर्पित अनुसंधान केंद्रों में से एक है (देखें "द डीओई विज्ञान कार्यालय: क्वांटम पर बड़ा दांव", नीचे)।

डीओई और एसक्यूएमएस एंड-गेम: बड़े पैमाने पर वैज्ञानिक, औद्योगिक और वाणिज्यिक अपनाने की क्षमता के साथ व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर और क्वांटम सेंसर विकसित और तैनात करना।

सहयोग को प्राथमिकता देना

ग्रासेलिनो के अनुसार, उस लक्ष्य की ओर, एसक्यूएमएस "क्वांटम पहेली के सभी टुकड़ों" को संबोधित करने के लिए 500 भागीदार संस्थानों - राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं, विश्वविद्यालयों और अमेरिका और उससे आगे के व्यवसायों के 30 से अधिक वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के बहु-विषयक सहयोग को एक साथ लाता है। लागू और सैद्धांतिक सुपरकंडक्टिविटी, कम्प्यूटेशनल विज्ञान, उच्च-ऊर्जा और संघनित-पदार्थ भौतिकी, क्रायोजेनिक्स, माइक्रोवेव डिवाइस और नियंत्रण इंजीनियरिंग के बारे में सोचें - यह सब सामूहिक प्रयास क्वांटम विज्ञान और प्रौद्योगिकी के अनुवाद और अनुप्रयोग की दिशा में पूरी तरह से संरेखित है।

इन अत्यधिक सुसंगत qubits के साथ, अधिक जटिल क्वांटम कंप्यूटिंग संचालन अंततः संभव हो जाएगा

अन्ना ग्रासेलिनो

एसक्यूएमएस शोधकर्ताओं को परेशान करने वाली मूलभूत समस्याओं में से एक क्वांटम सुसंगतता है - या नाजुक क्वांटम राज्यों के जीवनकाल को यथासंभव लंबे समय तक कैसे संरक्षित किया जाए (मिलीसेकंड या माइक्रोसेकंड के बजाय सेकंड)। ग्रासेलिनो कहते हैं, "क्रायोजेनिक तापमान तक ठंडा किए गए सुपरकंडक्टर्स का उपयोग करके, हम ऐसे वातावरण बनाते हैं जहां माइक्रोवेव फोटॉनों का जीवनकाल लंबा हो सकता है और बाहरी गड़बड़ी से सुरक्षा मिल सकती है। ये स्थितियाँ क्वांटम अवस्थाएँ उत्पन्न करना, उनमें हेरफेर करना और उन्हें पढ़ना संभव बनाती हैं। इन अत्यधिक सुसंगत सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट के साथ, अधिक जटिल क्वांटम कंप्यूटिंग ऑपरेशन अंततः संभव हो जाएंगे।

जबकि ग्रासेलिनो अभी भी फ्रंट-लाइन वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के साथ मिलकर काम करता है - प्रयोगशाला में काम की देखरेख करता है - उसका शेड्यूल तेजी से अन्य दिशाओं में आवंटित किया जाता है - फंडिंग एजेंसियों और अनुसंधान भागीदारों के साथ जुड़ना, उदाहरण के लिए, यह सुनिश्चित करते हुए कि एसक्यूएमएस आर एंड डी परियोजनाएं डीओई मील के पत्थर की तुलना में ट्रैक पर रहें। और डिलिवरेबल्स। वह कहती हैं, ''मुझे वास्तव में आनंद आता है कि एसक्यूएमएस निदेशक के रूप में कोई खास दिन नहीं होता।'' "हर दिन पहले वाले से भिन्न होता है।"

सुविधाओं को बढ़ाना

एसक्यूएमएस के पहले तीन वर्षों के दौरान, ग्रासेलिनो और उनकी प्रबंधन टीम के लिए परिचालन प्राथमिकता स्पष्ट थी: फ़र्मिलाब के भीतर क्वांटम आर एंड डी बुनियादी ढांचे को बढ़ाना। तथाकथित "क्वांटम गैराज" - लगभग 560 वर्ग मीटर की एसक्यूएमएस प्रयोगशाला जिसे नवंबर 2023 की शुरुआत में औपचारिक रूप से लॉन्च किया गया था - एक उदाहरण है। एक स्तर पर, क्वांटम गैराज क्षमता-निर्माण में एक अभ्यास है, जिसमें छह अतिरिक्त कमजोर पड़ने वाले रेफ्रिजरेटर (पहले केवल दो थे) का एक बेड़ा अब ऑनलाइन है और एसक्यूएमएस प्रयोगात्मक कार्यक्रमों और सुपरकंडक्टिंग उपकरणों के परीक्षण, माप और लक्षण वर्णन का समर्थन करने के लिए क्रायोजेनिक कूलिंग प्रदान करता है। और उपप्रणालियाँ।

<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="एक ही छत के नीचे एसक्यूएमएस वैज्ञानिकों ने फ़र्मिलाब के मौलिक भौतिकी कार्यक्रम के लिए सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट, क्वांटम कंप्यूटिंग प्रोसेसर और क्वांटम सेंसर के अध्ययन का समर्थन करने के लिए क्वांटम गैराज में आर एंड डी टेस्टबेड की एक श्रृंखला स्थापित की है। (सौजन्य: डैन स्वोबोडा, रयान पोस्टेल/फर्मिलैब)” शीर्षक=”पॉपअप में छवि खोलने के लिए क्लिक करें” href=”https://platoblockchin.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses -क्वांटम-पहेली-भौतिकी-दुनिया-के-सभी-पहलू-1.jpg">

हालाँकि, क्वांटम गैराज प्रायोगिक क्षमता और अनुसंधान थ्रूपुट से कहीं अधिक है। ग्रासेलिनो कहते हैं, "नई सुविधा ने हमें अद्वितीय क्वांटम आर एंड डी टेस्टबेड की एक श्रृंखला लॉन्च करने में सक्षम बनाया है।" “उन परीक्षण गतिविधियों में सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट और क्वांटम कंप्यूटिंग प्रोसेसर के दानेदार अध्ययन के साथ-साथ फ़र्मिलाब के मौलिक भौतिकी कार्यक्रम का समर्थन करने के लिए उच्च-सुसंगत क्वांटम सेंसर का विकास शामिल है - उदाहरण के लिए, मानक मॉडल से परे कणों की खोज, साथ ही साथ डार्क-मैटर उम्मीदवार और गुरुत्वाकर्षण तरंगें।''

एक अन्य समन्वय के साथ, क्वांटम गैराज तथाकथित "राउंड रॉबिन्स" के लिए बुनियादी ढांचे और कर्मियों को प्रदान करता है - अनिवार्य रूप से मानकीकृत परीक्षण और माप प्रोटोकॉल और गुणवत्ता को अपनाने को सुनिश्चित करने के लिए एसक्यूएमएस नेटवर्क में आर एंड डी भागीदारों के बीच क्वांटम सामग्री, उपकरणों और उप-प्रणालियों का आदान-प्रदान। -आश्वासन श्रृंखला. ग्रासेलिनो कहते हैं, "यूएस नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर स्टैंडर्ड्स एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) और यूके में नेशनल फिजिकल लेबोरेटरी (एनपीएल) जैसी मानक प्रयोगशालाओं में हमारे सहयोगी इस कार्य पैकेज की सफलता के लिए महत्वपूर्ण हैं।"

एक संबंधित पहल - राष्ट्रीय नैनोफैब्रिकेशन टास्कफोर्स - का उद्देश्य नैनोमटेरियल्स प्रसंस्करण में एसक्यूएमएस प्रयास को बढ़ाना और मानकीकृत करना है। टास्कफोर्स के भीतर, चार एसक्यूएमएस भागीदार - फ़र्मिलाब, एनआईएसटी, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी और रिगेटी कंप्यूटिंग - डिवाइस-स्तरीय निर्माण के लिए निरंतर सुधार कार्यक्रम पर एक साथ काम कर रहे हैं।

ग्रासेलिनो कहते हैं, "यह वास्तव में उत्पादक, हाथ से काम करने वाला सहयोग है।" "हमारे पास एसक्यूएमएस शोधकर्ता और इंजीनियर हैं जो एक-दूसरे की साफ-सुथरी सुविधाओं का दौरा करते हैं, सामग्री 'रेसिपी' और विशेषज्ञ जानकारी का आदान-प्रदान करते हैं।"

इसके अलावा, टास्कफोर्स ने पहले ही तीन साइटों - फ़र्मिलाब, रिगेटी और एनआईएसटी में सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट (दो के एक कारक से अधिक) के सुसंगत समय को पुन: उत्पन्न करके सफलता दर्ज की है। यहां कुंजी एक एसक्यूएमएस-अग्रणी सतह एनकैप्सुलेशन तकनीक है जो सतह ढांकता हुआ (जो क्वैबिट प्रदर्शन के लिए अत्यधिक हानिकारक है) के गठन को रोकती है।

क्वांटम शिक्षा और प्रशिक्षण

क्वांटम गैराज विशेषज्ञ क्वांटम कार्यबल को बढ़ाने के एसक्यूएमएस प्रयासों का केंद्रबिंदु भी है। उदाहरण के लिए, अगस्त 2023 में, 150 संगठनों से आए लगभग 70 प्रतिनिधियों ने फ़र्मिलाब में पहले यूएस क्वांटम इंफॉर्मेशन साइंस (यूएसक्यूआईएस) स्कूल में भाग लेने के लिए 10 दिन बिताए। स्कूल का उद्देश्य, जो सालाना आयोजित किया जाएगा, व्याख्यान, प्रयोगशाला समय, पैनल चर्चा और पोस्टर सत्रों के मिश्रण के माध्यम से सैद्धांतिक ज्ञान और प्रयोगात्मक कौशल साझा करके क्वांटम वैज्ञानिकों, इंजीनियरों और तकनीशियनों की अगली पीढ़ी को विकसित करना है।

<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="वापस स्कूल अगस्त 2023 में, क्वांटम गैराज ने पहले यूएस क्वांटम इंफॉर्मेशन साइंस (यूएसक्यूआईएस) स्कूल में भाग लेने वाले लगभग 150 प्रतिनिधियों की मेजबानी की। (सौजन्य: डैन स्वोबोडा, रयान पोस्टेल/फर्मिलैब)” शीर्षक=”पॉपअप में छवि खोलने के लिए क्लिक करें” href=”https://platoblockchin.com/wp-content/uploads/2024/01/fermilabs-sqms-center-addresses -क्वांटम-पहेली-भौतिकी-दुनिया-2.jpg"> के सभी पहलू

उद्घाटन विद्यालय में प्रतिभागी व्यापक अनुभव और पृष्ठभूमि के साथ आए थे, जिनमें स्नातक और स्नातकोत्तर छात्र, शिक्षक, साथ ही संघीय प्रयोगशालाओं और उद्योग के वैज्ञानिक और तकनीकी कर्मचारी शामिल थे। जबकि स्कूल का आयोजन और मेजबानी एसक्यूएमएस द्वारा की गई थी, व्याख्यान और प्रशिक्षण एक सामूहिक प्रयास था, जिसमें सभी पांच डीओई विज्ञान क्वांटम अनुसंधान केंद्रों के करीब 50 विशेषज्ञ प्रशिक्षक शामिल थे। (उसी भावना में, 2024 स्कूल के लिए बैटन अब टेनेसी में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में क्वांटम साइंस सेंटर को सौंप दिया गया है।)

क्वांट-नेट के परीक्षण आधारित नवाचार: क्वांटम नेटवर्क की पुनर्कल्पना

"यूएसक्यूआईएस स्कूल के साथ, हम एक क्वांटम शिक्षा कार्यक्रम की पेशकश कर रहे हैं जो प्रतिभागियों को एक इंटरैक्टिव, व्यावहारिक सीखने का अनुभव प्रदान करता है - जो कि तेजी से बढ़ते क्षेत्र में रुचि रखने वाले कई लोगों के लिए वर्तमान में पहुंच से बाहर है," ग्रासेलिनो कहते हैं। विशेष रूप से, स्कूल उपस्थित लोगों को परिष्कृत सक्षम प्रौद्योगिकियों से अवगत कराता है - जिसमें क्वबिट कंट्रोल सिस्टम, उच्च क्षमता वाले कमजोर पड़ने वाले रेफ्रिजरेटर और नैनोफैब्रिकेशन स्वच्छ कमरे शामिल हैं - जिनमें से कोई भी सामान्य विश्वविद्यालय सेटिंग में नियमित रूप से नहीं पाया जाता है। ग्रासेलिनो कहते हैं, "यह गहरी विशेषज्ञता और अत्याधुनिक बुनियादी ढांचे का मिश्रण है जो राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं को इस प्रकार के विशेषज्ञ प्रशिक्षण और विकास के लिए आदर्श चैनल बनाता है।"

कई एसक्यूएमएस मोर्चों पर उत्साहजनक प्रगति के साथ, ग्रासेलिनो पहले से ही डीओई की क्वांटम सूचना विज्ञान पहल के लिए अगले पांच साल के वित्त पोषण चक्र पर अपना ध्यान केंद्रित कर रही है। डीओई का प्रस्तावित नवीनीकरण - वर्तमान में कांग्रेस में समीक्षाधीन है - 2025-30 चक्र के लिए एसक्यूएमएस फंडिंग को संभावित रूप से बढ़ावा मिलेगा।

ग्रासेलिनो ने निष्कर्ष निकाला, "एसक्यूएमएस पहले से ही सफल है।" “तीन साल पहले, हमारे पास एक खाली सुविधा थी; अब हमारे पास पूरी तरह सुसज्जित क्वांटम गैराज है। उसी समय, हमने अग्रणी विशेषज्ञों का एक अंतरराष्ट्रीय सहयोग बनाया है, क्वांटम विज्ञान और इंजीनियरिंग के कई क्षेत्रों में 500 से अधिक छात्रों और पोस्टडॉक्स को प्रशिक्षित किया है, जबकि मुख्य मिशन पर अपना लेजर फोकस बनाए रखा है: एक में सुपरकंडक्टिंग क्वैबिट की सुसंगतता को बढ़ाना व्यवस्थित ढंग से।” 

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/fermilabs-sqms-center-addresses-all-aspects-of-the-quantum-puzzle/