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UChicago to partner in $25 million National Science Foundation quantum information institute

美国国家科学基金会宣布成立一个新机构,该机构将探索创建和连接量子计算机和网络的新方法。

新的量子跳跃挑战混合量子结构与网络研究所(HQAN)由美国国家科学基金会(NSF)出资2500万美元建立,为期五年,包括芝加哥大学伊利诺伊大学香槟分校威斯康星大学麦迪逊分校。该研究所的总部将设在伊利诺伊大学的量子信息科学和技术中心,它将创造新的本科生和研究生培训机会,并包括与工业和政府实验室的合作。它是中国仅有的三个量子跳跃挑战研究所之一。

这三家中西部研究机构都是芝加哥量子交易所(Chicago Quantum Exchange)的成员。该交易所是一个通过连接该地区的机构和公司来推进量子科学的中心。

“量子信息科学有改变世界的潜力。但要实现这种潜力,我们必须首先回答一些基础研究问题。通过量子跳跃挑战研究所,美国国家科学基金会正在进行有针对性的投资。我们相信,在5年内,这些研究机构能够取得切实的进展,帮助我们进入一场真正的量子革命。”

美国国家科学基金会项目主任约翰·d·吉拉斯皮说:“量子计算机的发展面临着向高数量量子位元扩展的重大挑战。”该中心将探索创建小型量子计算机网络的可行性,以替代更复杂、更大的计算机。这些研究人员的成功将意味着向量子计算革命更快地迈进。”

研究人员和行业领袖对量子计算越来越感兴趣,因为它可以运行成本高得令人望而却步的计算,甚至是今天的传统计算机无法处理的计算。但这项技术仍在发展中,迄今为止科学家和工程师只能连接适度数量的“量子位”(量子计算机的比特)。

然而,科学家们想知道,将多个量子处理器或设备组合成网络中更小的模块,是否可以缓解一些规模问题,并为大规模量子系统提供一个新的范例。这种方法还允许研究人员将由不同类型的量子位组成的模块连接在一个“混合”架构中。


芝加哥大学普利兹克分子工程学院(University of Chicago ‘s Pritzker School of Molecular Engineering)的助理教授汉内斯?开发这样的能力需要来自多个领域的专家走到一起,共同努力应对这些挑战。这正是HQAN提供的独特方式。”

HQAN将创建三个混合量子平台,用于发现和改进分布式量子处理器和利用多种类型量子硬件优势的本地网络的设计。

“在网络中连接多个量子处理器可以缓解一些规模问题,”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)物理学教授、HQAN主任布赖恩·德马科(Brian DeMarco)说。“我们团队的方法也可能带来新的机会,因为混合量子网络可能是解决需要分布式计算资源的问题的最佳选择。”

例如,一个专门为高保真度计算而设计的系统,一个带有高速门的系统,还有一个专门用于数据存储的系统,都可以通过安全的量子网络连接起来。这类似于今天计算机组在云中的内存、处理和网络计算的功能。

HQAN团队包括来自化学、计算机科学、数学、材料科学、物理和工程的专家——这是推动该领域研究和技术发展的必要组合。

该团队将专注于开发在单一测试环境中在本地网络中连接多个不同量子设备的技术。在这种安排下,量子信息可以通过不同的网络节点路由。

它还寻求为分布式混合计算网络开发全栈解决方案。该团队将探索这种本地网络的新用途,并实现量子指纹和私有量子搜索等协议。

最后,它将研究新型节点架构,如保护量子比特,这有可能彻底改变纠错策略。

“在威斯康辛州,我们几十年来一直致力于开发用于计算的高性能量子位元的不同方法,”Mark Saffman说,他是威斯康辛-麦迪逊大学的物理学教授和ColdQuanta首席科学家,领导威斯康星-麦迪逊大学的参与。“HQAN研究所将使研究人员能够汇集他们的知识,并连接不同的方法来合成分布式量子信息处理的新解决方案。”

除了学术合作,HQAN还计划与政府实验室和企业建立合作关系,包括美国家庭保险公司、纽约罗马空军研究实验室、ColdQuanta、IBM、微软、麻省理工学院林肯实验室、量子Opus和Qubittek,并打算与谷歌AI量子集团合作。

HQAN还将提供新的本科和研究生教育机会,包括为芝加哥州立大学学生提供的暑期实习项目,以及为已经在私营部门工作的工程师和科学家提供再培训机会。在这三个学术机构中,这个团队最终将包括大约40名高级人员和大约40名研究生和博士后研究人员。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.uchicago.edu/story/uchicago-partner-25-million-national-science-foundation-quantum-information-institute