合作为量子加速提供了催化剂

2022 年诺贝尔物理学奖表彰了 Alain Aspect、John Clauser 和 Anton Zeilinger 的开创性实验，这些实验首次展示了量子系统处理信息的潜力。 几十年后，工业界和学术界的科学家和工程师都在这些成就的基础上创造了功能强大的量子计算机，这些计算机让人们对它们解决一系列应用中的复杂问题的潜力有了诱人的一瞥。

尽管迄今为止取得的进展令人印象深刻，但要创造出性能优于经典计算机的量子计算机，还需要做更多的工作。 如今的小型量子处理器正在将量子比特数推向 100-1000 范围，但它们受到限制其计算能力的噪声和错误的影响。 扩大技术以实现广泛的量子优势将需要跨许多不同学科的科学独创性和工程知识，以及学术界和商业界之间的密切合作。

在英国，这种合作是通过 国家量子技术计划 (NQTP)，一项耗资 1 亿英镑的计划，自 2014 年以来一直支持量子传感、成像、通信和计算领域的技术中心。 爱丁堡大学量子计算教授、巴黎索邦大学 CNRS 研究主任 Elham Kashefi 说：“我们有一个丰富的生态系统，它们共同努力推动量子计算机的扩展，以提供有用的应用程序。”

卡舍菲刚刚被任命为​​英国首席科学家 国家量子计算中心 (NQCC)，一个于 2020 年启动的国家设施，作为 NQTP 的旗舰项目。 NQCC 旨在通过与研究小组和商业部门合作应对扩展挑战，加速英国的量子计算交付。

“我在 NQCC 的部分职责是将应用程序开发人员和最终用户聚集在一起，推动有用设备的开发，”Kashefi 说。 “我们现在处于算法要求可以影响硬件设计的阶段，使我们能够缩小所需用例与新兴机器之间的差距。”

Kashefi 拥有计算机科学背景，长期以来一直倡导软件和算法在开发量子解决方案中可以发挥的作用。 她协调了内部的软件研究计划 量子计算与模拟 (QCS) 中心，一个由 NQTP 支持的英国大学联盟，专注于量子计算的关键科学挑战。 该中心一直是许多倡导不同硬件和软件解决方案的初创公司的发射台，现在与 NQCC 合作，通过将研究实力转化为创新技术来发展英国量子计算生态系统。

作为其新角色的一部分，Kashefi 将与 NQCC 合作在爱丁堡大学建立一个量子软件实验室，这是一项核心计划，将进一步扩大 NQCC 计划在全国的影响力。 “我们现在面临的物理量子位的可扩展性挑战是计算机科学和应用软件可以帮助解决的问题，”她说。 “我们可以通过共同开发软件和控制系统来满足应用程序的需求，从而优化对量子比特的要求。”

这种共同开发需要一种多学科方法，将量子硬件和信息处理知识与了解如何解决复杂计算问题的数学家和计算机科学家的专业知识相结合。

“结合我们在经典计算机科学中拥有的丰富知识，将使我们能够优化系统架构和控制系统，以及错误缓解和纠正协议，从而从硬件平台获得最佳结果，”Kashefi 说。 “例如，从事高性能计算的人们花了很多时间来弄清楚如何解决优化问题，他们的投入将有助于加速提供计算优势的量子解决方案的开发。”

一个有前途的途径是开发将新兴量子设备与经典计算基础设施相结合的混合方法。 例如，NQCC 是 QuPharma合作，一个耗资 6.8 万英镑的项目，旨在从根本上减少为药物发现运行分子模拟所需的时间。

由硬件开发人员领导 英国SEEQC 该项目涉及德国制药巨头默克公司，旨在将 SEEQC 的量子处理器与经典超级计算机相结合，为药物设计创建一个更强大的平台。 Kashefi 指出：“我们需要了解行业中的痛点，以便将它们转化为量子计算可能能够解决的研究问题。”

此类合作项目借鉴了英国学术界的科学专业知识，该学术界培育了量子理论、软件和算法方面的世界级研究，以及研究所有领先量子位架构的实验工作。

“作为专注于应用和验证的人，我很高兴能够访问从超导电路和离子束缚到光子学和硅基设备的量子位平台，”Kashefi 说。 “当我们编写代码时，我们需要了解每个量子位平台的功能和局限性，因为某些应用程序可能更适合特定硬件解决方案提供的噪声模型或连接性。”

新兴的量子产业也受益于英国科学基础的实力，许多量子初创企业与他们以前的研究小组保持着密切联系，以推进技术发展并加速他们的发展计划。

“学术界就像一个创意工厂，”QCS 中心的首席研究员兼牛津大学俘获离子量子计算小组的联合负责人大卫卢卡斯说。 “扩大技术规模是一项工程挑战，超出了单个大学研究部门的能力。” 事实上，NQCC 的一个关键作用是提供基础设施并促进解决这些工程挑战所需的协作。

工业界和学术界之间的协同作用在 Maxwell 平台的开发中特别有效，Maxwell 平台是一种商用中性原子量子计算系统，由 M平方，光子学和量子技术的开发商，在英国 国家量子技术展示 2022 年 100 月。该系统的当前版本可以支持 400 个量子位，M Squared 首席执行官格雷姆马尔科姆表示，有一条明确的路线可以将该技术扩展到 XNUMX 个量子位甚至更高。

“为了创建 Maxwell，我们与斯特拉斯克莱德大学建立了战略合作伙伴关系，这为我们公司提供了获得世界级突破物理学的机会，”Malcolm 说。 “在我们家门口就有这样一个强大的大学部门真是太棒了，我们可以依靠它来获得专业知识，同时我们已经能够带来开发可靠产品所需的工程能力。”

Maxwell 基于 Jonathan Pritchard 和他在 Strathclyde 的研究团队完善的中性原子量子比特架构。 该实验平台依靠 M Squared 的核心激光技术来操纵超冷原子的能量跃迁，是通过名为 EPSRC Prosperity Partnership 的项目开发的 正方形.

Pritchard 说：“我们与 M Squared 的光子学工程师密切合作，以优化激光器的性能，并在某些情况下设计适合我们需要的特定原子过程的新设备。” 同时，商业系统的发展是由 发现 计划，一个耗资 10 万英镑的项目，由 M Squared 协调，并得到 Innovate UK 的量子技术挑战计划的支持，旨在解决商业量子计算的技术障碍。

合作的下一步之一将是与斯特拉斯克莱德大学量子模拟和计算专家安德鲁戴利合作，开发能够展示该平台能力的量子算法。 2021年美国哈佛大学领导的研究团队展示了一个由256个量子比特组成的中性原子系统可以用来模拟和观察多体系统的量子行为，今年早些时候该团队使用了一个289个量子比特版本到 展示通往量子优势的途径 对于特定类别的模拟量子算法。

“我们与斯特拉斯克莱德大学共同开发的系统可与世界上最好的中性原子量子计算机相媲美，”Malcolm 说。 “现在我们希望将其中一些算法应用到我们已经展示的硬件上，并建立合作伙伴关系，看看它可以在哪些方面为现实世界的挑战提供价值。”

需要制定稳健的基准测试和认证协议是 Kashefi 和 NQCC 的另一个重要优先事项。 在她自己的研究项目中，Kashefi 专注于开发用于验证和测试的工具，她认为这将有助于快速跟踪最有前途的技术的发展。

“当不同的设备出现时，我们需要知道如何评估它们以及如何将它们的性能与其他平台进行比较，”她说。 “可靠的测试框架提供了重要的反馈，使我们能够更快地过渡到新制度。”

2021 年 NQCC 委托 河岸，量子算法和软件专家，开发一个基准测试套件，以实现不同类型量子处理器之间的性能比较。 由国家物理实验室领导的一个联盟也在研究量子计算的关键指标，以期制定开放标准以支持国际技术发展。 “NQCC 并不试图推动任何特定的硬件解决方案，但能够对不同平台进行基准测试对于刺激我们自己的开发计划以及更广泛的生态系统非常有用，”Kashefi 说。

这种基准测试还将使人们有可能了解量子解决方案在哪些方面比传统计算架构具有真正的优势。 “量子计算是一项了不起的革命性技术，但归根结底，它只是另一种计算工具，”Kashefi 继续说道。 “适当的基准测试将使我们能够了解哪些任务最适合经典计算机，哪些可以通过量子解决方案得到增强。”

• SEO 支持的内容和 PR 分发。 今天得到放大。
• 柏拉图区块链。 Web3 元宇宙智能。 知识放大。 访问这里。
• Sumber: https://physicsworld.com/a/collaboration-provides-catalyst-for-quantum-acceleration/