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May 24, 2023

米国と英国が協力して量子情報科学を推進

2 giugno 2023 | Maxwell Bernstein Il Regno

2023 年 6 月 2 日 | マクスウェル・バーンスタイン

米国と英国は、池を越えて量子情報科学の開花分野における専門知識と能力を共有しています。 この両国間の新たなパートナーシップは、新しい量子デバイス、その性能に関する洞察、量子情報を活用する方法、基礎物理学の発見につながるでしょう。

研究は、米国エネルギー省フェルミ国立加速器研究所が主催する超伝導量子材料・システムセンターの下で、英国国立物理研究所およびロンドン大学ロイヤルホロウェイ校と協力して実施される。 追加の機関により、SQMS センターの協力パートナーは合計 28 社となりました。

左から右へ: フェルミ研究所のキャンパスにある SQMS センターの本部を訪問中、量子コンピューティング Lab-3 のドアの外に立つマリウス ヘゲドゥス、トビアス リンドストローム、アレクサンダー ツァレンチュク。 写真：SQMSセンター

SQMS センターへのこれらの新たな追加は、米国政府と英国政府間の量子情報科学分野における協力を強化するという目標に根ざしています。 これらの目標は、共通の価値観を持つ国際パートナーのエコシステムを成長させる重要性を強調する2021年11月の共同声明で設定された。 この声明では、量子技術が世界の健康安全保障、気候変動、資源の効率的な利用に及ぼす影響も強調している。

「英国の新しいパートナーは、SQMS センターの強みを補完する独自の特性評価技術をもたらします」と SQMS センター所長のアンナ グラッセリーノ氏は述べています。 「このパートナーシップは、量子デバイスの性能を妨げる根本的な障害を特定して克服するというセンターの使命を前進させると同時に、量子デバイスを使用して量子情報を利用し、物理学やセンシング実験を実行する方法を見つけることにもつながります。」

量子情報科学は、量子力学の動作を利用して、新しい方法で情報を処理したり、超高感度検出器を開発したりすることを目指しています。

これらの新しいパートナーシップの下で、研究者らは、量子コンピューティングデバイスにおける量子情報の損失、新しい粒子を探索するための量子技術に基づく新しいシステム、新しい量子アルゴリズム、量子コンピュータの性能と基本的な限界を調査することになる。

「SQMS センターが注力している分野は、高品質の超伝導量子ビットの構築であり、これを量子コンピューティングと基礎物理学の両方に拡張する方法を検討していることです」と英国国家量子技術プログラムの議長であり SQMS センター顧問のピーター・ナイト卿は述べています。役員。

科学者は、量子コンピューターを使用して、量子コンピューターで使用される情報の基本構成要素である量子ビットを操作し、このマシンが完全に実現されれば、古典的なコンピューターでは事実上不可能である計算を実行することになります。

「超伝導量子ビットは量子コンピューティングエンジンとして使用できますが、同様に暗黒物質の検出という別の方向にも使用できます」とナイト氏は述べた。 「量子は、誰もが参加したい科学的冒険の主要な部分となっており、SQMS は物事を成し遂げるための標識となるでしょう。NPL と RHUL の研究者は、SQMS センターの協力パートナーになることに興奮しています。」

量子デバイスは、熱によって生成されるノイズによって情報が不明瞭になったり失われたりするのを防ぐために、冷却する必要があります。 デバイスを超低温にすることで、デバイスのパフォーマンスが向上し、量子デバイスがどのように動作および動作するかについての新たな洞察が得られる可能性があります。

RHUL は量子分野で最先端の研究を行っており、ロンドン低温研究所を主催しています。 RHUL の研究者は、量子デバイスをマイクロケルビン範囲、つまりケルビンの 100 万分の 1 度まで冷却した経験があります。 この温度領域は、研究者が通常デバイスを操作する温度（ミリケルビン範囲または千度ケルビン）よりもはるかに低温です。

RHULの教授でSQMSセンターの諮問委員でもあるジョン・サンダース氏は、「私のグループが持ち込んでいるのは、マイクロケルビン領域における低温物理学の専門知識だ」と述べた。 「過去約 10 年間、私たちは新しい低温プラットフォームの開発に取り組み、量子回路と量子材料を可能な限り低い温度まで冷却することに取り組んできました。私たちは、それらを超低温まで冷却して、彼らがどのように行動するかを見てください」とサンダース氏は言いました。

低温に関するこの専門知識は、国立物理研究所の能力を補完します。 国立物理研究所は米国国立標準技術研究所と同様の機能を果たしており、どちらもそれぞれの国の測定基準を維持するために精密測定を行っています。 NIST は、SQMS センター内のコア パートナーでもあります。

「量子は誰もが参加したい科学的冒険の主要な部分となっており、SQMS は物事を成し遂げるための標識となるでしょう。」 – ピーター・ナイト卿、英国国家量子技術プログラム委員長

「私はNPLの量子技術科学責任者として、コンピューティング、センシング、通信、計測学、材料のさまざまな側面に取り組んでいる約100人の科学者チームを率いています」とNPLのSQMSセンター主任研究員Alexander Tzalenchuk氏は述べた。 「特に、私たちは超電導回路の『量子性』に影響を与える、超電導回路内のノイズを理解し、軽減するよう努めています。 「私たちはまた、将来的にスケーラブルな量子コンピューティングを可能にするアルゴリズムと技術の開発にも取り組んでいます。この正式な協力は、両国が緊密に連携したプロジェクトで協力できる最初の例の1つであり、これは共同声明によって可能になります。」

DOE高エネルギー物理局のSQMSプログラムマネージャーであるアビド・パトワ氏は、「国家イニシアチブだけでなく、より広く世界に利益をもたらす新しいツールや機能を提供するために、量子技術を実用化したいと考えている」と述べた。 「私たちは極低温などの QIS の基本的な側面についてさらに学び、現在量子コンピューティング デバイスを制限している根本的なメカニズムを理解する必要があります。

「英国は引き続き米国の優れたパートナーであり、QISの基礎をテストし構築するための専門知識と不可欠なリソースを備えている」とパトワ氏は述べた。 「これらの取り組みにより、量子研究における私たちの洞察がさらに前進し、この新たなテクノロジーが可能になるでしょう。」

フェルミラボの超伝導量子材料およびシステムセンターは、DOE 科学局によって支援されています。

超伝導量子材料およびシステム センターは、米国エネルギー省にある 5 つの国立量子情報科学研究センターの 1 つです。 フェルミ国立加速器研究所が主導する SQMS は、国立研究所、学界、産業界など 28 のパートナー機関が協力して量子情報科学の分野に革新的な進歩をもたらすコラボレーションです。 このセンターは、複雑な粒子加速器の構築におけるフェルミラボの専門知識を活用して、最先端の量子ビットと超伝導技術に基づいたマルチ量子ビット量子プロセッサ プラットフォームを設計します。 SQMS は組み込み業界のパートナーと協力して、フェルミラボで量子コンピューターと新しい量子センサーを構築し、これにより前例のない計算の機会が開かれます。 詳細については、sqmscenter.fnal.gov をご覧ください。

フェルミ国立加速器研究所は、米国エネルギー省科学局の支援を受けています。 科学局は、米国における物理科学の基礎研究の最大の支援者であり、現代の最も差し迫った課題のいくつかに対処するために取り組んでいます。 詳細については、science.energy.gov をご覧ください。