秒杀AI,指数级加速-量子技术将迎来加速创新

2019年09月17日 作者:Teardown

马里兰州大学的量子技术中心将把量子物理的研究成果转化为创新性的实用技术。

近日,马里兰州大学成立了量子技术中心(QTC),将把量子物理领域的研究成果转化为创新性的实用技术。

马里兰州大学在量子科学和系统工程方面拥有多个重量级的研究项目和广泛的合作伙伴关系,该中心将利用这些优势,和行业及政府实验室密切合作,共同推动量子技术从实验室到市场的跨越。QTC还将教授学生开发和应用量子技术,以培养量子技术领域的人力资源。

量子科学的研究正处于从物理学扩展到材料科学、工程学、计算机科学、化学和生物学的关键时刻,QTC的推出恰逢其时。这些学科领域的科学家们正在寻求利用量子物理学的成果构建功能强大的计算机,开发安全通信网络,以及改善传感和成像能力。将来,量子技术还可能会影响人工智能、能源和医疗等领域的发展。

大胆向前 愿景无限

量子物理学研究原子和更小粒子的令人震撼的奇特行为模式。基于第一代量子物理研究成果的技术在您的日常生活中随处可见,它们就在您的智能手机中那数十亿计的晶体管中,或者在GPS导航中。

今天,更为激进的量子技术正在走向商业现实。

长期以来,马里兰州大学一直是量子科学研究的重镇,伴随着量子技术中心的推出,它将巩固并加速在量子技术上的研究。量子技术中心由A. James Clark工程学院、计算机学院、数学院和自然科学学院共同创建,旨在将量子科学推向市场应用。

“QTC将成为一个重要社区,在这里,不同的人和不同的想法汇集在一起,研究新的量子技术,培养新一代量子领域的人才。”QTC创始总监Ronald Walsworth说。“在早期阶段,马里兰州大学将专注于开发新量子技术,然后和不同的合作伙伴将它们一起推向更为广阔的市场中。”

和马里兰州大学现有的量子研究项目一样,QTC中心预计将从联邦研究机构获得强有力的支持。现在,国家对量子科学研究的支持力度正在逐渐加大,最明显的一个例证就是,2018年12月份以法律文件签署了国家量子倡议法案,该法案中提出将在五年内拨出12.75亿美金用于资助量子科学的研究。
量子研究的兴起

马里兰州大学拥有200多名量子科学研究人员,这是世界上该领域研究人员最集中的地方之一。大部分量子研究工作由联合量子研究所(JQI)和量子信息与计算机科学联合中心(QuICS)领导,这两个机构承担了马里兰州大学和国家标准与技术研究所之间的合作。JQI和QuICS支持多个跨研究学科、跨组织的研究项目,随着QTC中心的成立,这种趋势将有增无减。

马里兰州大学杰出教授Chris Monroe的研究是建设性地消除了学科与组织界限的一个主要案例。Monroe是隔离单个原子用于量子计算和模拟领域的国际领军人才,他同时是QTC、JQI、QuICS这三个中心的成员,可以很好地利用各个相关学科研究人员的专业经验。

QTC和JQI的成员Edo Waks教授和Mohammad Hafezi副教授也是马里兰州大学的研究人员之一,他们的团队致力于通过在量子信息处理和量子网络设备上进行的开创性工作,帮助形成下一次量子研究革命。

在一次试验中,Warks使用半导体芯片展示了第一个单光子的晶体管。这种晶体管的尺寸很小,大约一百万个这样的新型晶体管可以放入单粒盐大小的体积中,而且速度很快,每秒可以处理100亿个光子量子位。

Mohammad Hafezi及其团队创造了第一个能够可靠地将光线限制在四个角落的硅芯片。

“使用我们的单光子晶体管,可以在光子之间实现量子逻辑门。”Waks说。“运算在量子计算机上的软件,将使用一系列量子逻辑运算,实现某些计算的指数级加速。”

Hafezi研究了光物质相互作用的基本行为,研究维度直至单光子水平。 他创造了第一个能够可靠地将光线限制在四个角落的硅芯片。利用这种由干涉光学路径产生的效应,最终可以产生强大的量子光源。

“我们一直在开发集成性的硅光子系统,以实现来自物理系统拓扑的思想。”Hafezi说。“我
们使用和当前技术相兼容的元件,这就意味着,如果这些硅光子系统的性能很好,它们就可能转化到直接应用中。”

奠定量子技术社区的基础

“QTC将成为推动量子科学及其工程学的熔炉。”量子传感领域的领导者Walsworth说道,他来自哈佛大学,被招募来领导这个新中心。“我们将在人和人之间、组织和组织之间、理论和技术之间架起一道桥梁。在这个令人兴奋的新领域里,这个新的社区将人们聚集在一起,将信息汇集在一起,一起克服挑战,社区成员们都充满了兴奋和渴望。”

根据Clark工程学院系主任Darryll Pines教授的说法,马里兰州大学聘用Walsworth是将量子工程解决方案推向市场前沿的重要举措。“他是一位天才科学家,完美地弥合了物理学和工程学之间的差距,一直以来他就是这么做并功成名就的。”Pines说。

除了拥有众多研究成果之外,Walsworth还担任过一些公司的顾问,他还利用自己实验室工作的一部分成果和他人共同成立了两家公司。量子钻石科技公司正在开发一些医疗诊断应用,其中用到的量子测量技术可以在室温下的合成钻石中实现。Hyperfine Research公司正在开发低成本的便携式磁共振机器。

“如果真想让一个新成立的社区茁壮地发展壮大,你必须有一些合适的应用支撑它。”Walsworth补充说。“你必须解决某些人的实际问题。有些人忙于研发自己的技术,但是他们有时并不清楚这些技术有什么用处。其它人在抱怨为什么无法解决自己的问题,但是他们不知道有哪些技术可能会对自己有所帮助。”

要成功地发展社区,需要QTC的研究人员在大学内部和外部寻找一些研究小组,共同讨论量子技术可能会对哪些实际挑战有所助益。

“从美国的角度来看,这是一件大事。”他说。“政府需要在量子技术领域进行巨额投资,以保持我们在这个领域的持续领先。我们希望这个新成立的量子技术中心能够带来一些机会,将量子科学转化成对人类、社会、美国经济产生积极影响的实际产品。”

 

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