Quantumtechnologieën, met name simulatoren en computers, hebben het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de 21e eeuw, van verbeterde nationale verdedigingssystemen tot het ontdekken van medicijnen tot krachtigere sensoren en communicatienetwerken.

Maar het veld moet nog grote vooruitgang boeken voordat kwantumcomputing bestaande tools kan overtreffen om informatie te verwerken en zijn belofte waar te maken.

Een multidisciplinair onderzoeksteam onder leiding van Columbia University is in staat om kwantumtechnologie uit het laboratorium te brengen in toepassingen in de echte wereld.

Het team heeft een National Science Foundation (NSF) Convergence Accelerator-prijs van $ 1 miljoen ontvangen om een ​​kwantumsimulator te bouwen, een apparaat dat problemen kan oplossen die moeilijk te simuleren zijn op klassieke computers. Het project omvat natuurkundigen, ingenieurs, computer wetenschappers, wiskundigen, en docenten uit de academische wereld, nationale laboratoria, en industrie.

"Met deze financiering kunnen we het concept ontwikkelen voor een kwantumsimulator die kan helpen bij het aanpakken van echte uitdagingen, " zei Sebastiaan Wil, assistent-professor natuurkunde aan Columbia en hoofdonderzoeker van het project. "Hiervoor hebben we een divers team samengebracht met experts in atoomfysica, fotonica, elektronica, en software, evenals toekomstige gebruikers van het platform."

De National Science Foundation lanceerde haar Convergence Accelerator-programma, een nieuwe structuur die uniek is voor NSF en de federale overheid, in 2019 om onderzoek en ontdekkingen die aansluiten bij de "Big Ideas" van NSF snel in de praktijk om te zetten. in 2020, het NSF blijft investeren in twee transformatieve onderzoeksgebieden van nationaal belang:kwantumtechnologie en kunstmatige intelligentie.

Columbia is een van de 11 landelijke instellingen die een Phase One Convergence Accelerator-prijs voor kwantumtechnologie hebben ontvangen. Deze prijzen ondersteunen de National Quantum Initiative Act die in 2018 is aangenomen om de ontwikkeling van kwantumwetenschaps- en informatietechnologietoepassingen te versnellen. Het Amerikaanse Congres heeft toestemming gegeven voor tot 1,2 miljard dollar aan onderzoeksfinanciering voor kwantuminformatiewetenschap, inclusief computergebruik.

De hoop om een ​​kwantumcomputer te bouwen met het potentieel om schijnbaar hardnekkige problemen in veel verschillende industrieën en toepassingen op te lossen, is gebaseerd op het met steeds hogere precisie besturen van microscopische kwantumsystemen om ze aan het werk te zetten voor computertaken.

Met deze subsidie het Columbia-team zal hardware- en softwareconcepten ontwikkelen om een ​​veelzijdige kwantumsimulator te bouwen op basis van geordende arrays van atomen. De groep gaat kwantuminformatie opslaan in individuele atomen en deze programmeren om kwantumsimulaties uit te voeren. Naast het ontwikkelen van het apparaat, het plan is om het via cloud-computing toegankelijk te maken voor een brede gebruikersbasis.

In de komende negen maanden zal de 2020-cohort Convergence Accelerator-teams zullen werken aan de ontwikkeling van hun eerste concept, nieuwe teamleden identificeren, en deelnemen aan een curriculum gericht op design, team wetenschap, pitch voorbereiding, en presentatiecoaching. Na het ontwikkelen van een prototype, de teams zullen deelnemen aan een pitchwedstrijd en een evaluatie van het voorstel. Teams die zijn geselecteerd voor fase twee komen in aanmerking voor aanvullende financiering:tot $ 5 miljoen over 24 maanden.

Tegen het einde van fase twee, Van teams wordt verwacht dat ze oplossingen leveren die op grote schaal van invloed zijn op maatschappelijke behoeften.

"De onderwerpen op het gebied van kwantumtechnologie en AI-gestuurde gegevens en het delen van modellen werden gekozen op basis van input van de gemeenschap en geïdentificeerde federale onderzoeks- en ontwikkelingsprioriteiten, " zei Douglas Maughan, hoofd van het NSF Convergence Accelerator-programma. "Dit is het tweede cohort van het programma, en we zijn verheugd dat deze teams convergentieonderzoek en op innovatie gerichte fundamenten gebruiken om oplossingen met een positieve maatschappelijke impact te versnellen."

Het simulatorprojectteam bestaat uit medewerkers van Columbia University, hoofdonderzoeker Sebastian Will, co-hoofdonderzoekers Alex Gaeta en Nanfang Yu, en anderen; Brookhaven Nationaal Lab, co-hoofdonderzoekers Layla Hormozi en Gabriella Carini, en anderen; Stadsuniversiteit van New York; Strijkijzer Instituut; en industriepartners van Atom Computing, QuEra, IBM, en Bloomberg.