被德国列为国家优先事项之一的是:在于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich)构建量子技术研究实验室。该实验室名为亥姆霍兹量子中心(HQC),其涵盖了从研究量子材料到开发原型的整个量子研究范围。该项目由亥姆霍兹协会出资近5000万欧元(约合3.83亿人民币),于2020年1月启动。

 

量子计算前景

“量子计算将从科学、工业、经济等多个方面彻底改变我们的日常生活,。”于利希研究中心董事会成员Sebastian Schmidt教授解释道,“在科学和工业领域建立量子计算是未来几年的重大挑战之一,需要全球范围的科学家和研究员携手合作。亥姆霍兹量子中心(HQC)将是亥姆霍兹协会的中心基础设施,以应对建设欧洲量子计算机所带来的科技挑战。”

量子技术和量子计算领域在科学和经济政策方面的顶层规划都将受到高度关注。由于其对科学、经济和人口各领域的预期影响极大,欧洲保持相关技术独立至关重要。一方面,它将成为未来网络安全概念的重要组成部分。另一方面,量子计算领域最近变得特别活跃,是一个快速增长的产业。尽管在很大程度上,相关科学技术和专业知识的发展都起源于欧洲,但国际上对量子计算投入重资,特别是中国和美国。因此,欧洲在量子计算领域的研究仍面临落后的风险。

 

区域科学和工业的机会

除了在国家战略中的关键作用外,亥姆霍兹量子中心还将为北莱茵-威斯特伐利亚联邦州(NRW)成为欧洲量子技术最重要的创新区域之一提供特殊的机会。这不仅对区域科学发展很重要,对这个正在发生结构变化的地区的经济和工业发展也十分重要。

“在所有领域——科学、经济、工业——之间建立一个开放的研究和网络环境对我们至关重要。”于利希Peter Grünberg研究所负责人Stefan Tautz解释道, “美国的科技公司目前在这项研究中处于领先地位,就像量子计算领域的Windows和iOS。我们的目标是通过HQC创建一种量子计算的Linux。”

 

从单个量子比特到完整系统

在HQC,研究员将研究不同种类的量子比特(量子计算机相当于传统计算机比特),研究范围从技术先进的系统到有前途的新技术路线等。每种类型的量子比特都有其各自的优缺点,目前还不清楚从长远来看,哪种技术路线最终会占上风。

作为欧盟旗舰项目OpenSuperQ的一部分, David DiVincenzo教授和Kristel Michielsen教授等于利希科学家以及欧洲合作伙伴正在研究超导量子比特,该量子比特将被用于于利希的欧洲超级计算机的建设。“一个新的科学家小组目前正在运作我们的第一个量子计算机实验室。作为OpenSuperQ旗舰项目的一部分,我们正在用欧洲合作伙伴的超导量子计算机芯片的小型原型进行测试。我们的研究将涉及与量子硬件规模扩大的每个阶段。”

于利希科学家还在开发光阱中的原子量子比特,用于旗舰项目PASQUANS中的量子模拟。于利希理论家Tommaso Calarco也参与了该项目,并表示:“来自欧洲各地的科学合作伙伴正在进行针对性地操纵冷原子的实验,以研究复杂量子材料的特性。对于一些特定问题,我们期望在未来几年能够研发出实用量子计算机,其具有在解决特定问题方面超过现有超级计算机的能力。

这类不同类型的量子处理器将成为未来欧洲量子计算与模拟基础设施的基础,而于利希可以在其中发挥重要作用。 其他类型的量子比特还不能被控制,或者还处于早期发展阶段,例如半导体量子比特。此外,科学家还将测试基于拓扑绝缘体的量子比特等新技术路线。

 

亥姆霍兹量子中心

HQC设立了六个研究领域和七个技术集群,从而形成了基础研究、理论和发展的一站式研究平台——从量子材料到完整的量子计算机系统,实现了量子比特材料研究与量子计算机制造设备和系统以及硬件和软件的共同设计相结合。JUNIQ是于利希于10月推出的量子计算用户基础设施,将成为不同量子计算机的统一门户,德国和欧洲用户可通过云访问。

新量子中心坐落在于利希研究中心的一座大楼内,将配备最先进的实验技术。它还将与亥姆霍兹纳米设施有直接联系,并与于利希研究所相通。

新中心还将包含两个新的研究所——量子控制和量子计算机研究所——以及作为julich-Aachen研究联盟一部分成立的JARA量子信息研究所。欧洲量子旗舰项目设立的于利希实验室也将被安置在这座新建筑中。

HQC将向地区大学、国家和欧洲的科学和工业伙伴以及选定研究领域的联合项目开放。为此,该中心还将为到访的科学家提供实验室和办公场所,以及交流科学思想的专门会议场所。

姆霍兹量子中心将于2020年初开始工作,2025年全面投入使用。

德国联邦议院议员、联邦教育和研究部长的议会国务秘书托马斯·雷切尔(Thomas Rachel)说:“我们必须跟上步伐,这样我们的工业才不会依赖其他国家,并且在未来仍然能够自由地做出决定。因此,在欧洲保持和发展量子计算各方面的专业知识至关重要。现在发展欧洲在这一领域的能力还为时未晚,但现在必须进行投资。因此,在于利希研究中心将量子计算确立为优先发展事项,是我们在姆霍兹协会以及德国和欧洲一级执行战略的重要决定。
北莱茵-威斯特伐利亚州文化和科学部长伊莎贝尔·普费弗·波恩斯根(Isabel Pfeiffer Poensgen)说:“姆霍兹量子中心设立于于利希研究中心证明了于利希研究中心在量子技术领域的杰出科学成就。通过面向应用的基础研究的HQC和JUnitq量子计算用户基础设施,于利希研究中心将为北莱茵-威斯特伐利亚州的科学和工业提供与量子技术的良好联系。这表明北莱茵-威斯特伐利亚作为研究地点在量子计算领域有着突出的地位。

北莱茵-威斯特伐利亚州经济事务、创新、数字化和能源部长安德烈亚斯·平克沃特(Isabel Pfeiffer-Poensgen)博士说:“量子技术有望在工业、科学和社会领域取得开创性的进展,以及远远超过当今可能的技术解决方案。我很高兴这个雄心勃勃的项目正在启动,并将为北莱茵-威斯特伐利亚州提供发展成为欧洲量子技术最重要创新地点之一的机会。凭借其创新能力,可以预见在不久的将来,于利希研究中心的名声将在享誉全球。亥姆霍兹量子中心将成为基于知识创新、新技术和初创企业的核心,因此也为在北莱茵-威斯特伐利亚州开发新的开创性工作提供了极好的基础。北莱茵-威斯特伐利亚州经济事务、创新、数字化和能源部及其量子技术协调办公室将以其专业知识支持亥姆霍兹量子中心。

 

关于于利希超级计算中心

于利希超级计算中心(Jülich Supercomputing Centre)运行欧洲最高性能等级的超级计算机。该中心的科学家和工程师致力于探索社会面临的一些最复杂的重大挑战。其研究通过利用极限规模超级计算和联邦数据服务的协作基础设施进行。

 

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作者 |  量子计算最前沿       编辑  Sakura