Credito:CC0 di pubblico dominio
Pur avendo le proprie aree di competenza e risorse uniche, gli NQISRC sono tutti allineati alla stessa missione:il progresso della scienza dell'informazione quantistica.
Cinque centri nazionali di ricerca sulla scienza dell'informazione quantistica (NQISRC) stanno sfruttando il comportamento della natura su scala ridotta per sviluppare tecnologie per i problemi più complessi della scienza. Supportati dall'Office of Science del Dipartimento dell'Energia (DOE) degli Stati Uniti, gli NQISRC supportano la missione del DOE dal 2020 per promuovere la sicurezza energetica, economica e nazionale degli Stati Uniti. Costruendo un ecosistema quantistico nazionale e una forza lavoro che comprende ricercatori di circa 70 istituzioni negli Stati Uniti, i centri creano un ambiente ricco per l'innovazione quantistica e la co-progettazione.
Gli NQISRC integrano strutture DOE all'avanguardia, talenti preminenti nei laboratori nazionali e nelle università statunitensi e l'ingegnosità intraprendente delle società tecnologiche statunitensi.
Di conseguenza, i centri stanno spingendo la frontiera di ciò che è possibile in computer quantistici, sensori, dispositivi, materiali e molto altro.
Ogni centro nazionale è guidato da un laboratorio nazionale DOE:
Alla testa della scienza
"Ogni centro è una forza formidabile per la scienza dell'informazione quantistica di per sé, spingendo le frontiere dell'informatica, della fisica, della chimica e della scienza dei materiali per portare nuove tecnologie trasformative nella nazione", ha affermato il direttore di Q-NEXT David Awschalom. "Ma insieme, sono una potenza nazionale, elevando la scienza e l'ingegneria quantistica a un rilievo speciale negli Stati Uniti e posizionando il paese come leader globale nel campo."
Un campo di ricerca in rapida evoluzione, la scienza dell'informazione quantistica (QIS) esamina le proprietà quantistiche della natura per costruire nuovi e potenti modi per elaborare le informazioni in aree varie come la medicina, l'energia e la finanza. Manipolando le caratteristiche più fondamentali della materia, i ricercatori potrebbero inventare nuovi sensori di precisione senza precedenti, computer potenti e reti di comunicazione sicure.
A tal fine, i centri stanno lavorando per prototipare e valutare le prestazioni e l'impatto dei computer quantistici e dei sensori costruiti utilizzando varie piattaforme e architetture tecnologiche.
"Ci sono molte scelte e opportunità da fare nello sviluppo dell'informatica quantistica e capire come si guastano i dispositivi attuali ci rivela il percorso da seguire", ha affermato C 2 Il direttore del controllo qualità Andrew Houck. "Gli NQISRC possono affrontare questo compito sorprendentemente difficile perché, nonostante i grandi progressi nel campo, gli attuali computer quantistici sono ancora troppo rumorosi e soggetti a errori per calcoli utili."
Comprendere il comportamento quantistico dei materiali è fondamentale per superare questi limiti di rumore e per la realizzazione di dispositivi che offriranno un vantaggio quantistico. I laboratori nazionali sono in una posizione unica per offrire strutture e conoscenze avanzate che guidano la comprensione e il superamento di questi limiti.
"Il DOE ha investito per anni in tecnologie, strumenti e strutture all'avanguardia presso i laboratori nazionali, che offrono opportunità uniche per consentire un balzo in avanti nelle prestazioni dei dispositivi quantistici", ha affermato Anna Grasselino, direttrice di SQMS. "Siamo entusiasti di offrire competenze leader a livello mondiale per fare progressi trasformativi in QIS, soprattutto perché QIS può aiutare a portare avanti la nostra missione di comprendere il mondo al suo livello più fondamentale."
Collaborare per l'innovazione quantistica
I team interdisciplinari del NQISRC coprogettano tecnologie quantistiche per preparare il terreno per future scoperte scientifiche. Advances in QIS will bring about societywide benefits, such as new materials and powerful quantum sensors that, when combined with medical imagers, could measure tissue at the individual-cell level, bringing far greater sensitivity to today's magnetic resonance imaging machines.
By understanding what enables and limits different quantum technologies and what tools need to be developed, the co-design effort across the NQISRCs could translate into faster drug and vaccine development, novel materials, improvements in transportation and logistics, and more secure financial networks.
As a national ecosystem, NQISRC researchers leverage world-class DOE Office of Science user facilities and programs, such as the Advanced Photon Source at Argonne National Laboratory, the Oak Ridge Leadership Computing Facility at Oak Ridge National Laboratory, the Advanced Light Source at Lawrence Berkeley National Laboratory, the National Synchrotron Light Source II at Brookhaven National Laboratory, and the superconducting technology facilities and technologies at Fermilab.
"Through the funding of these strategic quantum centers, DOE has given researchers an incredible opportunity to make impactful and world-changing discoveries in QIS," said QSC Director Travis Humble. "Based on the first two years of operation, there is every reason to believe these centers will make tremendous progress in the coming years in advancing QIS toward real-world innovation. We will see an increasing flow of discovery science through the innovation chain."
Similarly, laboratory and university scientists can leverage the market-driven technologies developed by their industry partners, such as test beds and simulation tools. Capitalizing on these networks, each center builds a pathway to commercializing quantum technologies and, eventually, bringing them to the public.
Preparing the quantum workforce and engaging with industry
The lasting impact of the NQISRCs' co-design efforts for science and technology will depend on a quantum workforce to carry it into the future. All national centers are committed to building a workforce with a focus on diversity, equity and inclusion through institutional degree programs, cooperative training programs with industry and retraining certificate programs. This sets the stage for many more innovations and fundamental science questions to be explored.
"The centers have taken a multipronged approach to train the next generation of QIS scientists and researchers and to create new pipelines for underrepresented groups," expressed QSA Director Irfan Siddiqi. "We're all putting forth special efforts to support a diverse quantum workforce in a fast-growing field."
The QSC at Oak Ridge National Laboratory, for example, held its second annual quantum summer school in May, a forum for sharing QIS topics with high schoolers, college students, postdocs and professionals. The event included panels on workforce development strategies with leading industry representatives as well as networking opportunities for students and staff.
C 2 QA recently held its second six-weeklong quantum computing summer school, QIS101, for undergraduate students this year, with a focus on building fundamental and practical skills and growing a diverse quantum workforce. 40% of the participants in C 2 QA's summer session were women, and nearly 44% were from communities underrepresented in QIS.
Q-NEXT partners with other quantum institutions to build a more diverse and inclusive quantum workforce through the Open Quantum Initiative, a group led by the Chicago Quantum Exchange. One key effort was the creation of an undergraduate fellowship program for underrepresented, racially minoritized quantum scientists. This summer, the fellowship participants worked side-by-side with scientists at collaborating institutions on challenging projects in QIS.
QSA works closely with several regional and international companies with strong records in diversity and inclusion programs. Furthermore, it is partnering with local economic development boards already active in the industry to establish internship and apprenticeship programs and accelerate startups. QSA hosted in 2021 its industry and investor roundtable events, attended by dozens of founders, investors, CEOs, senior scientists and engineers from across the United States and worldwide.
SQMS has announced the recipient of the first Carolyn B. Parker Fellowship, named for Carolyn Beatrice Parker, who was the first African American woman to earn a Ph.D. in physics. The center is currently recruiting for a second Parker fellow and is wrapping up the second annual undergraduate internship program as well as the SQMS QIS Summer School, co-hosted by the Galileo Galilei Institute in Florence, Italy.
On Sept. 14, Brookhaven National Laboratory will host the second NQISRC Virtual Quantum Career Fair. The event aims to make undergraduate, graduate and postdoc communities more aware of the DOE Office of Science's NQISRCs and the different types of careers in QIS at the centers—from technical to non-STEM careers. The first NQISRC career fair, held in fall 2021, attracted close to 400 participants, with 12% representation from minority-serving institutions.
Advances in quantum information science have the potential to revolutionize research and society. The NQISRCs are at the forefront of this emerging field by developing technologies that go beyond what's previously possible. + Esplora ulteriormente
