World

Bagaimana NQISRC memanfaatkan revolusi kuantum


oleh Hannah Adams, Pete Genzer, Monica Hernandez, Leah Hesla, Scott Jones, Elizabeth Rosenthal, Denise Yazak, Laboratorium Nasional Argonne

kuantum

Kredit: Domain Publik CC0

Meskipun memiliki bidang keahlian dan sumber daya mereka sendiri yang unik, NQISRC semuanya selaras dengan misi yang sama—kemajuan ilmu informasi kuantum.

Lima Pusat Penelitian Ilmu Informasi Quantum Nasional (NQISRCs) memanfaatkan perilaku alam pada skala terkecil untuk mengembangkan teknologi untuk masalah sains yang paling kompleks. Didukung oleh Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS (DOE), NQISRC telah mendukung misi DOE sejak tahun 2020 untuk memajukan energi, ekonomi, dan keamanan nasional Amerika Serikat. Dengan membangun ekosistem kuantum nasional dan tenaga kerja yang terdiri dari peneliti di sekitar 70 institusi di seluruh Amerika Serikat, pusat-pusat tersebut menciptakan lingkungan yang kaya untuk inovasi kuantum dan desain bersama.

NQISRCs mengintegrasikan fasilitas DOE yang canggih, bakat unggulan di laboratorium nasional dan universitas AS, dan kecerdikan perusahaan teknologi AS.

Akibatnya, pusat-pusat mendorong batas dari apa yang mungkin di komputer kuantum, sensor, perangkat, bahan dan banyak lagi.

Setiap pusat nasional dipimpin oleh laboratorium nasional DOE:

  • Pusat Desain Bersama untuk Keunggulan Kuantum (C2QA), dipimpin oleh Brookhaven National Laboratory
  • Q-NEXT, dipimpin oleh Argonne National Laboratory
  • Quantum Science Center (QSC), dipimpin oleh Laboratorium Nasional Oak Ridge
  • Quantum Systems Accelerator (QSA), dipimpin oleh Lawrence Berkeley National Laboratory
  • Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS), dipimpin oleh Fermi National Accelerator Laboratory

Memimpin dengan ilmu pengetahuan

“Setiap pusat adalah kekuatan yang tangguh untuk ilmu informasi kuantum sendiri, mendorong batas komputasi, fisika, kimia dan ilmu material untuk membawa teknologi baru transformasional ke bangsa,” kata Direktur Q-NEXT David Awschalom. “Tetapi bersama-sama, mereka adalah pembangkit tenaga listrik nasional, mengangkat sains dan teknik kuantum menjadi keunggulan khusus di AS dan memposisikan negara itu untuk menjadi pemimpin global di lapangan.”

Bidang penelitian yang berkembang pesat, ilmu informasi kuantum (QIS) meneliti sifat kuantum alam untuk membangun cara baru yang kuat untuk memproses informasi di berbagai bidang seperti kedokteran, energi, dan keuangan. Dengan memanipulasi fitur paling mendasar dari materi, para peneliti dapat menemukan sensor baru dengan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya, komputer yang kuat, dan jaringan komunikasi yang aman.

Untuk itu, pusat-pusat tersebut bekerja untuk membuat prototipe dan mengevaluasi kinerja dan dampak dari komputer kuantum dan sensor yang dibangun menggunakan berbagai platform dan arsitektur teknologi.

“Ada banyak pilihan dan peluang yang harus dibuat dalam pengembangan komputasi kuantum, dan memahami bagaimana perangkat saat ini gagal mengungkapkan kepada kita jalan ke depan,” kata C2Direktur QA Andrew Houck. “NQISRCs dapat menangani tugas yang sangat sulit ini karena, terlepas dari kemajuan besar di lapangan, komputer kuantum saat ini masih terlalu berisik dan rentan terhadap kesalahan untuk perhitungan yang berguna.”

Memahami perilaku kuantum bahan sangat penting untuk mengatasi keterbatasan kebisingan ini dan untuk realisasi perangkat yang akan menawarkan keuntungan kuantum. Laboratorium nasional diposisikan secara unik untuk menawarkan fasilitas dan pengetahuan canggih yang memandu pemahaman dan mengatasi keterbatasan ini.

“DOE telah berinvestasi selama bertahun-tahun dalam teknologi, alat, dan fasilitas mutakhir di laboratorium nasional, yang menawarkan peluang unik untuk memungkinkan lompatan kinerja perangkat kuantum,” kata Direktur SQMS Anna Grasselino. “Kami sangat antusias untuk menawarkan keahlian terdepan di dunia untuk membuat kemajuan transformasional dalam QIS, terutama karena QIS dapat membantu memajukan misi kami untuk memahami dunia pada tingkat yang paling mendasar.”

Berkolaborasi untuk inovasi kuantum

Tim interdisipliner di NQISRCs merancang bersama teknologi kuantum untuk menyiapkan panggung bagi penemuan ilmiah di masa depan. Kemajuan dalam QIS akan membawa manfaat bagi masyarakat, seperti bahan baru dan sensor kuantum yang kuat, yang bila dikombinasikan dengan pencitraan medis, dapat mengukur jaringan pada tingkat sel individu, membawa sensitivitas yang jauh lebih besar pada mesin pencitraan resonansi magnetik saat ini.

Dengan memahami apa yang memungkinkan dan membatasi berbagai teknologi kuantum dan alat apa yang perlu dikembangkan, upaya desain bersama di seluruh NQISRC dapat diterjemahkan ke dalam pengembangan obat dan vaksin yang lebih cepat, bahan baru, peningkatan transportasi dan logistik, dan jaringan keuangan yang lebih aman.

Sebagai ekosistem nasional, peneliti NQISRC memanfaatkan fasilitas dan program pengguna DOE Office of Science kelas dunia, seperti Advanced Photon Source di Argonne National Laboratory, Oak Ridge Leadership Computing Facility di Oak Ridge National Laboratory, Advanced Light Source di Lawrence Berkeley Laboratorium Nasional, Sumber Cahaya Sinkronisasi Nasional II di Laboratorium Nasional Brookhaven, dan fasilitas dan teknologi teknologi superkonduktor di Fermilab.

“Melalui pendanaan pusat kuantum strategis ini, DOE telah memberi para peneliti peluang luar biasa untuk membuat penemuan yang berdampak dan mengubah dunia di QIS,” kata Direktur QSC Travis Humble. “Berdasarkan dua tahun pertama operasi, ada banyak alasan untuk percaya bahwa pusat-pusat ini akan membuat kemajuan luar biasa di tahun-tahun mendatang dalam memajukan QIS menuju inovasi dunia nyata. Kami akan melihat aliran ilmu penemuan yang meningkat melalui rantai inovasi.”

Demikian pula, ilmuwan laboratorium dan universitas dapat memanfaatkan teknologi berbasis pasar yang dikembangkan oleh mitra industri mereka, seperti test bed dan alat simulasi. Memanfaatkan jaringan ini, setiap pusat membangun jalur untuk mengkomersilkan teknologi kuantum dan, akhirnya, membawanya ke publik.

Mempersiapkan tenaga kerja kuantum dan terlibat dengan industri

Dampak jangka panjang dari upaya desain bersama NQISRC untuk sains dan teknologi akan bergantung pada tenaga kerja kuantum untuk membawanya ke masa depan. Semua pusat nasional berkomitmen untuk membangun tenaga kerja dengan fokus pada keragaman, kesetaraan dan inklusi melalui program gelar institusional, program pelatihan kerjasama dengan industri dan program sertifikat pelatihan ulang. Ini menetapkan panggung untuk lebih banyak inovasi dan pertanyaan sains mendasar untuk dieksplorasi.

“Pusat-pusat tersebut telah mengambil pendekatan multi-cabang untuk melatih generasi ilmuwan dan peneliti QIS berikutnya dan untuk menciptakan jalur pipa baru untuk kelompok-kelompok yang kurang terwakili,” ungkap Direktur QSA Irfan Siddiqi. “Kita semua melakukan upaya khusus untuk mendukung tenaga kerja kuantum yang beragam di bidang yang berkembang pesat.”

QSC di Laboratorium Nasional Oak Ridge, misalnya, mengadakan sekolah musim panas kuantum tahunan kedua di bulan Mei, sebuah forum untuk berbagi topik QIS dengan siswa sekolah menengah, mahasiswa, pascadoktoral, dan profesional. Acara ini termasuk panel tentang strategi pengembangan tenaga kerja dengan perwakilan industri terkemuka serta peluang jaringan bagi siswa dan staf.

C2QA baru-baru ini mengadakan sekolah musim panas komputasi kuantum selama enam minggu kedua, QIS101, untuk mahasiswa sarjana tahun ini, dengan fokus pada pengembangan keterampilan dasar dan praktis dan menumbuhkan tenaga kerja kuantum yang beragam. 40% dari peserta di C2Sesi musim panas QA adalah perempuan, dan hampir 44% berasal dari komunitas yang kurang terwakili di QIS.

Q-NEXT bermitra dengan institusi kuantum lainnya untuk membangun tenaga kerja kuantum yang lebih beragam dan inklusif melalui Open Quantum Initiative, sebuah grup yang dipimpin oleh Chicago Quantum Exchange. Salah satu upaya utama adalah penciptaan program beasiswa sarjana untuk ilmuwan kuantum yang kurang terwakili dan diminoritaskan secara rasial. Musim panas ini, para peserta fellowship bekerja berdampingan dengan para ilmuwan di lembaga-lembaga yang berkolaborasi dalam proyek-proyek yang menantang di QIS.

QSA bekerja sama dengan beberapa perusahaan regional dan internasional dengan catatan kuat dalam program keragaman dan inklusi. Selain itu, bermitra dengan dewan pengembangan ekonomi lokal yang sudah aktif di industri untuk membangun program magang dan pemagangan serta mempercepat startup. QSA menyelenggarakan acara meja bundar industri dan investor pada tahun 2021, yang dihadiri oleh puluhan pendiri, investor, CEO, ilmuwan senior, dan insinyur dari seluruh Amerika Serikat dan seluruh dunia.

SQMS telah mengumumkan penerima Beasiswa Carolyn B. Parker pertama, dinamai Carolyn Beatrice Parker, yang merupakan wanita Afrika-Amerika pertama yang mendapatkan gelar Ph.D. dalam fisika. Pusat tersebut saat ini sedang merekrut rekan Parker kedua dan sedang menyelesaikan program magang sarjana tahunan kedua serta Sekolah Musim Panas SQMS QIS, yang diselenggarakan bersama oleh Institut Galileo Galilei di Florence, Italia.

Pada 14 September, Laboratorium Nasional Brookhaven akan menyelenggarakan Pameran Karir Kuantum Virtual NQISRC kedua. Acara ini bertujuan untuk membuat komunitas sarjana, pascasarjana, dan pascadoktoral lebih sadar akan NQISRC Kantor Sains DOE dan berbagai jenis karir di QIS di pusat—dari karir teknis hingga non-STEM. Pameran karir NQISRC pertama, yang diadakan pada musim gugur 2021, menarik hampir 400 peserta, dengan 12% perwakilan dari lembaga-lembaga yang melayani minoritas.

Kemajuan dalam ilmu informasi kuantum memiliki potensi untuk merevolusi penelitian dan masyarakat. NQISRC berada di garis depan bidang yang sedang berkembang ini dengan mengembangkan teknologi yang melampaui apa yang sebelumnya mungkin.


Pentingnya ilmu pengukuran dalam revolusi kuantum


Informasi lebih lanjut:
Pelajari lebih lanjut tentang setiap pusat di situs web DOE: science.osti.gov/Initiatives/QIS/QIS-Centers

Disediakan oleh Argonne National Laboratory

Kutipan: Bagaimana NQISRC memanfaatkan revolusi kuantum (2022, 26 Agustus) diambil 27 Agustus 2022 dari

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.



Artikel ini pertama kali tayang di situs phys.org

Related Articles

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Back to top button