国家物理实验室(NPL)发布的新报告显示,测量科学的进步对于英国量子产业的成功至关重要

QC观察丨推动量子行业的创新,实现量子计算的飞跃-量子客

测量科学是量子技术创新的重要推动力,正如NPL量子计量研究所(QMI)发布的两份新报告《测量如何推动新兴量子产业的创新》《英国超导量子技术的机遇》所述。

量子技术基于单原子、电子和光子的惊人特性。在量子规模上,粒子遵循与人类尺度对象不同的规则。主要感兴趣的是“叠加”,即粒子同时存在于两个状态;以及“纠缠”,即改变一个粒子的状态同时引起另一个粒子的变化。长期受限于理论物理学,这些量子现象现在被用于新一代技术。

为了使量子技术具有商业可行性,创新者需要可靠的工具来测量和检测粒子的量子态,包括量子计算、安全通信、定时和导航以及检测心跳和脑波的传感器等应用。

衡量标准如何推动量子创新

由于QMI于2015年在国家物理实验室(NPL)成立,因此《测量正在推动创新的新兴量子行业》的这一报告讨论了英国量子测量社区在支持这些行业方面的科技成就。

报告中概述的要点包括:

  • 开发冷离子微片,这是一种可扩展的芯片尺寸技术,可捕获能够编码量子态的粒子,从而创建“量子比特”。这些微片是用于超快速量子计算机的有力候选者。
  • 支持量子密钥分发(QKD)的商业化,这是一种潜在的超安全通信方法。在这里,密钥被编码为可用于解密消息的光的属性。
  • 开发MINAC微型原子钟,这是一种便携式原子钟,可为许多新应用提供精确定时,例如可靠的能源供应、运输、移动通信、数据网络和电子金融交易。
  • 创建原子磁力计,可用作量子传感器,用于检测脑电波,心律失常,爆炸性残留物和腐蚀。

许多项目涉及与英国商业和学术界的密切合作。这项工作涵盖了将在十年之后支持技术的基础研究,如量子计算;通过与近距离市场技术的行业合作,例如QKD与BT和东芝,以及MINAC与Teledyne e2v。

QMI主任Rhys Lewis在国家量子技术展示会上发表了这样的报告:“衡量标准弥合了研究和商业开发之间的差距。对于要在量子技术方面进行创新的公司,他们需要了解和定义他们正在开发的系统的属性。为了开发可销售的产品,他们需要提供验证证据,证明这项技术是建立在健全的科学和工程原理之上的,并且它将按照描述的那样运行。”

“正如今天的报告所示,QMI正在开发量子测量基础设施,以独立测试、测量和验证新的创新。我们将成为量子产业中出现的创新者的合作伙伴。我们将成为量子产业创新者的合作伙伴。我们将开展支持量子创新的研究,培训量子科学家,并根据需要开发能力和设施,以满足不断变化的测量需求。

“在此过程中,英国测量界的进展将为商业化道路扫清障碍,帮助英国工业发展量子技术,推动英国经济增长。”

在量子计算方面实现跨越式发展

由NPL超导量子计算团队协调的英国报告《超导量子技术的机遇》总结了NPL对超导量子计算(SQC)机遇的看法,以及这种技术可能在短期和长期内能够解决的现实问题。

特别是该报告概述了为建立这样一个系统需要解决的五个关键挑战。这些围绕着:

  • • 需要增加各个量子比特的相干时间
  • • 制造过程中的再现性仍然是一个主要问题
  • • 垂直整合的制造
  • • 开发用于控制大约100-200个量子比特的可靠算法和方案
  • • 大规模FPGA /控制电子设备

该报告还分析了英国现有的SQC的科学和工程专业知识,专业设施和其他资源以及我们所缺少的资源。基于这一分析,该论文预测了国家在不同投资场景下量子计算能力的空间竞赛中能够实现的目标。

全球竞赛现在已经成为第一个利用量子计算机能力的国家,这种计算机的运行速度比当今最先进的超级计算机快数百万倍。

量子优势——当量子计算机能够比最先进的传统超级计算机更快地解决问题时。这可以为医疗保健、国防、通讯、金融服务,交通运输以及其他所有领域的主要行业带来巨大的新机遇。

美国众议院科学、空间和技术委员会在2018年9月13日的一份声明中写道:“量子计算的全球领导力带来了军事和情报方面的优势以及许多人期望的竞争优势。预计在未来几十年,量子计算将成为一个庞大的产业。”

陷阱离子和超导量子比特是正在开发的用于实现大规模量子计算机的两个主要技术平台。国家量子技术计划专注于通过离子阱进行开发,但其他国家也投资于超导量子比特。超导量子技术正在快速成熟,其发展速度之快超出了人们的预期。

Rhys Lewis说:“NPL很高兴发布一份报告《英国超导量子技术的机遇》。该报告提供了协调专业知识和设施的案例,以支持超导量子计算能力在英国的交付。”

本报告的草案版本已经分发,以支持政府考虑采用量子计算的方法和投资案例。

Rhys Lewis继续说道:“在2018年的量子展示会上,我们很高兴听到7500万英镑用于支持新的国家量子计算中心。NPL很荣幸成为国家量子技术计划(NQTP)的一员,参与了与工业界和学术界的合作研发项目,并为该行业开发和提供完整的测试和验证服务。”

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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