QC观察丨伯克利实验室再获能源部资金,将进一步推动量子计算在计算、物理、材料和化学领域发展(上)-量子客

一种新的FPGA(现场可编程门阵列)模块,由伯克利实验室的加速器技术和应用物理部门的研究员Gang Huang和伯克利实验室工程部的工作人员Larry Doolittle开发,用于超导量子比特的可缩放控制。

劳伦斯·伯克利国家实验室(简称伯克利实验室)近期宣布,能源部再次拨款,支持该实验室在量子信息科学方面的研究工作。量子信息科学是利用量子相干现象的一个研究领域。两个粒子紧密纠缠在一起,改变一个同时会影响另一个。量子信息科学试图利用这种现象来保存、传输和处理信息。

最近宣布的一系列美国能源部科学办公室的奖项将使伯克利实验室能够加速量子计算的发展,量子计算有望解决当今计算机所无法解决的科学问题。该奖项还进一步加强了伯克利实验室在优化量子比特(量子计算和传感的基本单元)制造技术、改进下一代材料中的量子相干性、创建用于物理发现的量子传感器以及开发用于化学研究的量子计算算法。

这些奖项是伯克利实验室在量子信息科学领域长期钻研的结果。在伯克利实验室,该研究领域是一项战略举措,并得到实验室指导研究与开发投资部的大力支持。此外,伯克利实验室和加州大学伯克利分校几个科学学科的研究员合作,利用两家机构的专业知识和设施,共同推进美国量子信息的能力。

有了这笔资金,伯克利实验室最近推出的新项目包括:

先进量子试验台

伯克利实验室将在五年内从高级科学计算研究办公室获得3000万美元,用于建造和运行一个先进量子试验台(AQT),该试验台可用于探索超导量子处理器和评估这些新兴的量子器件如何用于推进科学研究。作为这项工作的一部分,伯克利实验室将与麻省理工林肯实验室合作部署各种量子处理器体系结构。

QC观察丨伯克利实验室再获能源部资金,将进一步推动量子计算在计算、物理、材料和化学领域发展(上)-量子客

伯克利实验室先进量子试验台项目主任Irfan Siddiqi (左),先进量子试验台项目联合首席研究员Jonathan Carter(右),与装有超导量子比特的稀释冰箱的合影。Siddiqi是伯克利实验室材料科学部的一名科学家,Carter是伯克利实验室计算科学区的科学代表。

该项目的目标是通过与多个科学伙伴合作,以建立一个平台,研究员可以在该平台上回答有关量子计算的基本问题。AQT将作为社区的开放资源,允许外部研究人员评估由实验台工作人员开发的用于化学、材料和其他计算领域的模拟的超导结构。AQT还将解决阻碍量子计算设备的可扩展性问题。产业界可以采用在试验台开发的想法,并将其转化为商业产品。

AQT由伯克利实验室材料科学部的教授科学家Ir.Siddiqi和伯克利实验室计算科学区的科学代理Jonathan Carter领导。

详细信息参见:[btn type="info" url="http://newscenter.lbl.gov/2018/09/24/berkeley-lab-to-build-an-advanced-quantum-computing-testbed/"]详情[/btn]

分子铸造厂中量子信息科学的新能力

美国能源部科学用户设施办公室——分子铸造厂(Molecular Foundry)从基础能源科学办公室获得了两项奖励,以发展研究基础设施,推进量子信息科学。

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伯克利实验室的分子铸造厂的纳米制造洁净室

第一个项目中分子铸造厂的科学家将创建一个“纳米制造集群工具集”,或一套集成的高保真仪器,用户可使用该仪器研究最先进的量子系统的基本限制。该工具集将包括机器人制造系统、高分辨率电子束写入系统和低温传输测量系统。分子铸造的用户可以用这些工具来开发精密制造方法,使量子比特线路中不需要的电、磁和热“噪声”源达到最小。

第二个项目将开发和集成一套独特的基于电子束的计量技术。该项目结合使用了自旋极化低能电子显微镜(SPLEEM)与电子退相干干涉术和低温样品环境(温度下降到约4开尔文)。这些工具将为分子铸造厂的用户提供新的研究机会,探索量子材料中的电子结构和自旋纹理,以及与量子信息科学相关的固态结构。

下一代量子系统的高相干结构

由基础能源科学办公室资助的一个项目将解决与薄膜材料中的量子相干性相关的未解问题。在超导结构中增加多达10倍的相干时间对于开发下一代量子系统(如更高级的量子比特)至关重要,并且能够测试量子在计算和通信方面的应用。伯克利实验室材料科学部的科学家将生产能够支持接近毫秒时间尺度的相干现象的功能化量子材料并验证其性能。该项目由Irfan Siddiqi领导,他也是加州大学伯克利分校量子相干科学中心主任。

作为该项目的一部分,科学家将探索新的方法来控制3D结构中的退相干用于高密度信息处理。先进的成像、光谱和噪声传感技术为表征金属和介电层中的结构无序和动态波动提供了条件,特别是在量子系统的接口处。这些研究将结合新的理论和计算工具来研究量子系统中的大规模纠缠。

本文是《量子计算前沿》基于相关资料原创编译,并完整授权量子客整理发布。

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