如今，将量子计算的愿景变为现实的竞赛涉及多个竞争者，他们探索不同的技术，希望这些技术将开启一个科学和工程的新时代。现在，包括芝加哥大学在内的七所大学将加入这项竞赛，共同创造实现世界上第一台实用量子计算机所需的开创性硬件、软件和应用程序。
利用美国国家科学基金会(National Science Foundation)提供的1,500万美元赠款，这个为量子量身定制的体系结构(STAQ)联合设计项目旨在在五年内建成一台能够解决挑战性计算问题的量子计算机。芝加哥大学(University of Chicago)计算机科学教授弗雷德·钟(Fred Chong)将获得300万美元，领导STAQ软件团队，弥合该项目开发的新架构与将量子计算应用于化学、物理和其他领域的理论算法之间的差距。
钟说:“在现实机器上大幅提高量子算法效率的关键是打破传统的软件结构概念。”“软件将更直接地为硬件专门定制算法，以适应物理特性。通过这种方式，算法可以在比我们想象的小100到1000倍的机器上运行。”
由杜克大学的研究人员领导的STAQ项目将探索一种特殊的量子计算技术，这种技术利用被捕获的离子，即去掉电子的原子，使其带上正电荷。然后，研究人员将这些原子悬浮在超高真空中，并使用精确的激光来操纵它们的量子态，形成量子比特，这是传统逻辑计算机比特的量子模拟。
尽管谷歌和IBM等公司最近推出了多达72个量子位元的量子计算机，但科学家们相信，这项新技术能够实现强大的功能，还需要更多的量子计算机才能实现。这些私人公司开发的量子计算机也使用了不同的技术，而STAQ将探索的是牵引离子方法。
杜克大学电子与计算机工程、化学与物理副教授、新合作项目的负责人肯尼斯·布朗(Kenneth Brown)说:“在量子计算机中，有一条非常清晰的道路可以让24到30多个离子阱量子位元协同工作。”“但解决一项具有挑战性的计算至少需要两倍的时间，而在5年内实现这一目标绝非易事。”
一旦实现，STAQ将成为NSF量子计算的试验台，并将是云可访问的。与私有公司现有的专有云连接量子计算机不同，STAQ技术的物理细节对研究人员来说是完全可见的。
Chong对STAQ的贡献将补充他对EPIQC的领导作用。EPIQC是今年早些时候宣布的一个能够实现实际规模的量子计算项目。虽然这两个项目有几个共同的研究人员和一个主要的任务——缩短时间以实现量子计算的真正希望——chong说他们的范围不同，STAQ的目标是一台最多100个量子位元的机器。
“两个项目之间有很多协同作用，”钟说。“EPIQC正在探索类似的技术，但除了离子阱系统外，它还在探索多种量子技术，以及更远的未来，利用成百上千个量子位元的系统。但EPIQC和STAQ都将致力于培训人们，让更多的研究人员对这个话题感兴趣，方法是让它变得触手可及，并构建对所有人开放和可用的工具。”
STAQ项目源于今年早些时候美国国家科学基金会(NSF)举办的一个创意实验室项目，该项目汇集了来自多个机构的物理学家、计算机科学家和工程师，并让他们负责创建合作提案。STAQ的资助符合该机构的“量子飞跃:引领下一个量子革命”(The Quantum Leap: Leading The Next Quantum Revolution)倡议，这是国家科学基金会的十大理念之一。
美国国家科学基金会主任弗兰斯·科尔多瓦说:“量子计算机将改变我们所使用的技术的一切，以及我们如何使用这些技术。我们仍在朝着实现这一目标迈出初步的步伐。”“开发第一台实用量子计算机将是一个重大里程碑。国家科学基金会召集了一些专家，他们已经勾勒出了一条通向实用量子计算机的道路，并支持量子计算机的发展。国家科学基金会正在努力将量子革命从理论带到现实中。”
除了杜克大学和芝加哥大学，STAQ还包括来自马里兰大学、塔夫茨大学、麻省理工学院、加州大学伯克利分校和新墨西哥大学的研究人员。有关STAQ的更多信息，请参见国家科学基金会和杜克大学的公告。
这个故事最初出现在计算机科学系的网站上