Le tecnologie quantistiche, nello specifico simulatori e computer, hanno il potenziale per rivoluzionare il 21° secolo, dal miglioramento dei sistemi di difesa nazionale alla scoperta di farmaci fino a sensori e reti di comunicazione più potenti.

Ma il campo deve ancora fare grandi progressi prima che l'informatica quantistica possa superare gli strumenti esistenti per elaborare le informazioni e mantenere le sue promesse.

Un team di ricerca multidisciplinare guidato dalla Columbia University è in grado di portare la tecnologia quantistica fuori dal laboratorio nelle applicazioni del mondo reale.

Il team ha ricevuto un premio da 1 milione di dollari National Science Foundation (NSF) Convergence Accelerator per costruire un simulatore quantistico, un dispositivo in grado di risolvere problemi difficili da simulare sui computer classici. Il progetto include fisici, ingegneri, scienziati informatici, matematici, ed educatori del mondo accademico, laboratori nazionali, e industria.

"Questo finanziamento ci consentirà di sviluppare il concetto di un simulatore quantistico che può aiutare ad affrontare le sfide del mondo reale, " disse Sebastian Will, assistente professore di fisica alla Columbia e investigatore principale del progetto. "Per questo abbiamo riunito un team diversificato che include esperti in fisica atomica, fotonica, elettronica, e software, così come i futuri utenti della piattaforma."

La National Science Foundation ha lanciato il suo programma Convergence Accelerator, una nuova struttura unica per NSF e il governo federale, nel 2019 per aiutare a trasformare rapidamente la ricerca e la scoperta in linea con le "Grandi idee" di NSF nella pratica. Nel 2020, la NSF continua a investire in due aree di ricerca trasformativa di importanza nazionale:la tecnologia quantistica e l'intelligenza artificiale.

La Columbia è una delle 11 istituzioni a livello nazionale a ricevere il premio Phase One Convergence Accelerator per la tecnologia quantistica. Questi premi supportano il National Quantum Initiative Act approvato nel 2018 per accelerare lo sviluppo delle applicazioni della scienza quantistica e della tecnologia dell'informazione. Il Congresso degli Stati Uniti ha autorizzato fino a 1,2 miliardi di dollari di finanziamenti alla ricerca per la scienza dell'informazione quantistica, compresa l'informatica.

La speranza di costruire un computer quantistico con il potenziale per risolvere problemi apparentemente intrattabili in molti settori e applicazioni diversi si basa sul controllo di sistemi quantistici microscopici con una precisione sempre maggiore per metterli al lavoro per compiti di calcolo.

Con questo contributo, il team della Columbia svilupperà concetti hardware e software per costruire un simulatore quantistico versatile basato su matrici ordinate di atomi. Il gruppo memorizzerà le informazioni quantistiche in singoli atomi e li programmerà per eseguire simulazioni quantistiche. Oltre a sviluppare il dispositivo, il piano è renderlo accessibile a un'ampia base di utenti tramite il cloud computing.

Nei prossimi nove mesi, i team di Convergence Accelerator della coorte 2020 lavoreranno per sviluppare il loro concetto iniziale, identificare nuovi membri del team, e partecipare a un curriculum incentrato sul design, scienza di squadra, preparazione del campo, e coaching di presentazione. Dopo aver sviluppato un prototipo, le squadre parteciperanno a una gara campale ea una valutazione delle proposte. I team selezionati per la fase due potranno beneficiare di ulteriori finanziamenti:fino a $ 5 milioni in 24 mesi.

Entro la fine della fase due, ci si aspetta che i team forniscano soluzioni che abbiano un impatto sulle esigenze della società su larga scala.

"La tecnologia quantistica e i dati basati sull'intelligenza artificiale e gli argomenti di condivisione dei modelli sono stati scelti sulla base dell'input della comunità e hanno identificato le priorità federali di ricerca e sviluppo, " ha detto Douglas Maughan, capo del programma NSF Convergence Accelerator. "Questa è la seconda coorte del programma, e siamo entusiasti che questi team utilizzino la ricerca sulla convergenza e i fondamenti incentrati sull'innovazione per accelerare soluzioni che abbiano un impatto sociale positivo".

Il team del progetto simulatore include collaboratori della Columbia University, investigatore principale Sebastian Will, gli investigatori co-principali Alex Gaeta e Nanfang Yu, e altri; Laboratorio nazionale di Brookhaven, investigatori co-principali Layla Hormozi e Gabriella Carini, e altri; Università della città di New York; Istituto Flatiron; e partner industriali di Atom Computing, QuEra, IBM, e Bloomberg.