SQMS主任Anna Grassellino和副主任James Sauls拥有一个超导射频腔。供稿:Reidar Hahn, Fermilab该计划为新的超导量子材料和系统中心(SQMS)提供了美国能源部计划在五年内提供的1.15亿美元资金，目的是建立和部署超一流的基于超导技术的量子计算机。这项研究将集中在医学、生命科学、国家安全和物理学方面的重大突破。该中心还将开发新的量子传感器，这将有助于发现暗物质和其他难以捉摸的亚原子粒子的性质。
费米实验室的安娜格拉斯利诺(Anna Grassellino)将担任该中心的主任，她还被西北大学联合任命为物理与天文系的教员。西北大学的物理学教授James Sauls将担任该中心的副主任。
格拉塞利诺说:“能有这个独特的机会成为推进量子科学和技术的国家中心，我们感到非常感谢和荣幸。”“我们有一个专注的使命:打造革命性的产品。这个中心汇集了正确的专业知识和动力来完成这一使命。”
该中心有17名西北大学在量子科学方面具有深厚专业知识的教员。他们拥有对量子科学发展至关重要的跨学科知识，包括原子和光学物理、材料科学、数据科学、超导技术和理论物理。
“厂房的广度物理学、材料科学、设备制造和表征技术结合我们的专业知识在大规模集成功能是前所未有的超导量子科技,“扫罗说,他是大学量子信息研究的执行委员会和工程计划(查询)。作为国家量子计划中心网络的一部分，SQMS将在未来几年为美国在量子科学方面的领导地位做出贡献。
西北大学的教员来自温伯格文理学院的物理和天文系以及麦考密克工程学院的材料科学和工程系以及电子和计算机工程系。
利用跨学科的专业知识
材料科学和物理学院，结合大学的低温和材料表征设施，将在基础科学研究中发挥核心作用，以提高超导量子位和微波腔的性能，用于量子计算和传感应用。
同样，西北大学在超导材料理论和设备开发方面的专家，在发展用于传感的量子设备和用于计算的量子处理器方面是有帮助的。西北大学还将成为SQMS中心的量子劳动力发展中心，培训学生和博士后研究人员。
SQMS中心是美国联邦政府6.25亿美元计划的一部分，该计划旨在促进和促进美国的量子创新。《2018年国家量子倡议法案》呼吁美国将科学和技术资源长期、大规模地投入到量子科学中。能源部计划在五年内为该中心提供的资金总额为1.15亿美元，其中1500万美元在2020财政年度，其他年度的资金取决于国会的拨款。SQMS的资金还包括来自中心合作伙伴的额外800万美元的配套捐款。
除了17平方米,中心研究人员参与,西北也有三个教员隶属于另一个新国家量子计划资助中心——Q-NEXT阿贡国家实验室,而Jens科赫transmon量子位的合作发明者和厂房,也是C2QA长岛布鲁克海文国家实验室的一部分。
相关的:见西北大学学院底部的列表。
SQMS旨在实现的量子计算和传感领域的革命性飞跃，将通过一种独特的多学科合作实现，这种合作包括20个合作伙伴——国家实验室、学术机构和行业。这次合作汇集了所有关键方面的世界领导人:从确定纳米尺度上量子位元的质量限制，到制造和扩大多量子位量子计算机的能力，再到探索从基础物理到国家安全的新应用。
Sauls预计，基于现有和以前的研究合作，以及对基于超导的量子处理器的共同关注，SQMS和布鲁克海文的C2QA中心之间将有“巨大的协同机会”。布鲁克海文的C2QA中心隶属于普林斯顿大学和耶鲁大学。
解决量子相干性的挑战
SQMS研究的核心将解决量子信息科学中最紧迫的问题之一:量子计算机的基本元素——量子位能够保存信息的时间长度，也被称为量子相干性。理解和减轻限制量子器件性能的退相干源，对于下一代量子计算机和传感器的设计至关重要。
格拉斯利诺说:“除非我们解决并克服量子系统退相干的问题，否则我们将无法制造出能够解决新的复杂和重要问题的量子计算机。”同样的道理也适用于量子传感器，其灵敏度范围足以解决许多科学领域长期存在的问题。克服这一关键限制将使我们能够在生命科学、生物学、医学和国家安全领域产生重大影响，并使我们能够在基础科学领域进行无比精确和灵敏的测量。”
SQMS中心在计算和传感方面的宏伟目标，部分是由费米实验室的超导腔组件的相干时间达到世界领先水平所推动的，超导腔是为费米实验室的粒子物理实验中使用的粒子加速器开发的。研究人员已经将费米洞的使用扩展到量子领域。
“我们最一致的——超过200倍——3 d世界上超导腔,将变成量子处理器以前所未有的性能和Rigetti组合计算的最先进的平面结构,”亚历山大·罗曼年科说,费米实验室的科学家,西北大学教员和厂房技术推力的领袖。“这种长相干性不仅能让量子位元存活很长时间，而且还能让它们彼此连接起来，为应用提供质的新机会。”
为了进一步推进量子相干性，SQMS的合作者们将启动一项前所未有规模的材料科学研究，以深入了解空腔和量子位的基本限制机制，努力理解超导器件在纳米尺度和微波环境下的量子特性。西北大学在低温物理学方面的专业知识将在开发用于测量和表征用于量子位和传感器的超导量子设备的低温测试床方面发挥关键作用。
国内和国际合作者
“现在是时候利用能源部实验室和合作伙伴的力量来确定限制量子设备的潜在机制，以推动它们的性能到下一个水平，为量子计算和传感应用，”SQMS首席工程师Matt Kramerof说。
西北大学、艾姆斯实验室、费米实验室、里格蒂计算、国家标准与技术研究所、意大利国家核物理研究所和几所大学正在中心内合作，为目标退相干源提供世界级的材料科学和超导专业知识。
西北大学和费米实验室之前也有过合作，包括建立了一个专注于基础科学、应用物理和超导技术的联合研究中心，名为应用物理和超导技术中心(CAPST)，由Sauls和Grassellino共同领导。CAPST研究人员研究的一个关键领域是建立与粒子加速的超导射频(SRF)空腔相关的物理基础认识。这些SRF腔现在为量子器件和计算技术打开了新的机会。SQMS中心的合同将通过CAPST向西北大学授予1800万美元的合同。
除了西北和费米实验室,超导量子材料和系统中心机构包括美国能源部的艾姆斯实验室,科罗拉多矿业学院的,高盛(Goldman Sachs)、伊利诺理工大学,意大利国家核物理研究所,詹尼斯研究中,约翰霍普金斯大学,洛克希德·马丁公司,美国宇航局艾姆斯研究中心,国家标准与技术研究院,Rigetti计算、斯坦福大学、天普大学,统一的基金,亚利桑那大学科罗拉多大学博尔德分校、伊利诺伊大学厄巴那香槟分校和意大利帕多瓦大学。
Rigetti Computing将提供关键的最先进的量子位制造和全栈量子计算能力，这是建造SQMS量子计算机所必需的。由SQMS首席科学家埃莉诺·里菲尔(Eleanor Rieffel)领导的NASA艾姆斯研究中心(Ames Research Center)量子小组将在量子算法、编程和模拟方面发挥优势，这对使用SQMS中心开发的量子处理器至关重要。意大利核物理研究所在探测器开发、低温和环境测量方面贡献了专业知识，包括格兰萨索国家实验室，这是世界上最大的基础物理地下实验室。
费米实验室主任奈杰尔·洛克耶说:“费米实验室很高兴能主持这个国家量子中心，并与这个杰出的合作者网络合作。”这一倡议与费米实验室及其使命是一致的。它将帮助我们回答重要的粒子物理问题，同时，我们将利用我们在粒子加速器技术方面的优势，如超导射频设备和低温技术，为量子信息科学的发展做出贡献。”
Affliated教员
西北大学的超导量子材料和系统中心(SQMS)的教员，由费米实验室领导
物理
- Venkat钱德拉塞卡
- 米歇尔·德里斯科尔
- 杰拉尔德Gabrielse
- 安德鲁Geraci
- 蒂姆Kovachy
- 威廉·霍尔柏林
- 延斯•科赫
- 詹姆士·绍尔斯(SQMS副处长)
材料科学与工程
- 彼得vooorhees
- 大卫·塞德曼
- 马克Hersam
- 迈克尔Bedzyk
- Vinayak Dravid
- 詹姆斯Rondinelli
电气与计算机工程
- 马修·格雷森
- Prem Kumar(与物理学联合)
- Selim Shahriar(与物理学联合)
与西北大学物理系和费米实验室联合任命
- Anna Grassellino (SQMS中心主任)
- 亚历克斯·罗曼年科
隶属于Q-NEXT的西北学院，由阿贡国家实验室领导
化学
- 丹娜弗里德曼
- 迈克Wasielewski
物理
- 纳撒尼尔·斯特恩
西北大学的教员隶属于布鲁克海文国家实验室领导的量子优势合作设计中心(C2QA)
物理
- 延斯•科赫
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.northwestern.edu/stories/2020/08/northwestern-is-key-partner-in-115-million-national-center-to-build-revolutionary-quantum-computer/