Columbia leder indsatsen for at udvikle en kvantesimulator

Kvanteteknologier - specifikt simulatorer og computere - har potentialet til at revolutionere det 21. århundrede, fra forbedrede nationale forsvarssystemer til opdagelse af lægemidler til mere kraftfulde sensorer og kommunikationsnetværk.

Men feltet mangler stadig at gøre store fremskridt, før kvantecomputere kan overgå eksisterende værktøjer til at behandle information og leve op til dets løfte.

Et tværfagligt forskerhold ledet af Columbia University er i stand til at bringe kvanteteknologi ud af laboratoriet til virkelige applikationer.

Holdet har modtaget en $1 million National Science Foundation (NSF) Convergence Accelerator-pris for at bygge en kvantesimulator, en enhed, der kan løse problemer, der er svære at simulere på klassiske computere. Projektet omfatter fysikere, ingeniører, dataloger, matematikere, og undervisere fra den akademiske verden, nationale laboratorier, og industri.

"Denne finansiering vil gøre os i stand til at udvikle konceptet for en kvantesimulator, der kan hjælpe med at tackle virkelige udfordringer, sagde Sebastian Will, assisterende professor i fysik ved Columbia og hovedefterforsker på projektet. "Til dette samlede vi et mangfoldigt team, der omfatter eksperter i atomfysik, fotonik, elektronik, og software, såvel som fremtidige brugere af platformen."

National Science Foundation lancerede sit Convergence Accelerator-program, en ny struktur unik for NSF og den føderale regering, i 2019 for at hjælpe med hurtigt at omsætte forskning og opdagelse i overensstemmelse med NSF's "store ideer" til praksis. I 2020, NSF fortsætter med at investere i to transformative forskningsområder af national betydning:kvanteteknologi og kunstig intelligens.

Columbia er en af ​​11 institutioner landsdækkende, der modtager en Phase One Convergence Accelerator-pris for kvanteteknologi. Disse priser støtter National Quantum Initiative Act vedtaget i 2018 for at fremskynde udviklingen af ​​kvantevidenskab og informationsteknologiapplikationer. Den amerikanske kongres har godkendt op til 1,2 milliarder dollars i forskningsfinansiering til kvanteinformationsvidenskab, inklusive databehandling.

Håbet om at bygge en kvantecomputer med potentiale til at løse tilsyneladende vanskelige problemer på tværs af mange forskellige industrier og applikationer er afhængig af at kontrollere mikroskopiske kvantesystemer med højere og højere præcision for at sætte dem i gang med computeropgaver.

Med denne bevilling Columbia-teamet vil udvikle hardware- og softwarekoncepter for at bygge en alsidig kvantesimulator baseret på ordnede arrays af atomer. Gruppen vil gemme kvanteinformation i individuelle atomer og programmere dem til at udføre kvantesimuleringer. Udover at udvikle enheden, planen er at gøre det tilgængeligt for en bred brugerbase via cloud-computing.

I løbet af de næste ni måneder, 2020-kohortens Convergence Accelerator-teams vil arbejde på at udvikle deres indledende koncept, identificere nye teammedlemmer, og deltage i en læseplan med fokus på design, holdvidenskab, forberedelse af banen, og præsentationscoaching. Efter at have udviklet en prototype, holdene vil deltage i en pitch-konkurrence og forslagsevaluering. Hold udvalgt til fase to vil være berettiget til yderligere finansiering:op til $5 millioner over 24 måneder.

Ved udgangen af ​​fase to, teams forventes at levere løsninger, der påvirker samfundets behov i stor skala.

"Kvanteteknologien og AI-drevne data- og modeldelingsemner blev valgt baseret på input fra fællesskabet og identificerede føderale forsknings- og udviklingsprioriteter, " sagde Douglas Maughan, leder af NSF Convergence Accelerator-programmet. "Dette er programmets anden kohorte, og vi er glade for, at disse teams kan bruge konvergensforskning og innovationscentrerede fundamentals til at fremskynde løsninger, der har en positiv samfundsmæssig indvirkning."

Simulatorprojektteamet omfatter samarbejdspartnere fra Columbia University, hovedefterforsker Sebastian Will, co-hovedefterforskerne Alex Gaeta og Nanfang Yu, og andre; Brookhaven National Lab, co-principal investigators Layla Hormozi og Gabriella Carini, og andre; City University of New York; Flatiron Institute; og industripartnere fra Atom Computing, QuEra, IBM, og Bloomberg.