Quantum Leap Challenge:UC Berkeley领导2500万美元的量子计算中心

量子纠缠

艺术家的量子纠缠的再现。信用:NIColle R.Fuller的NSF图像

作为联邦政府努力加速量子计算机发展的一部分,国家科学基金会(NSF)授予加州大学,伯克利建立了五年多年来,建立了一个多大学研究所的2500万美元,专注于推进量子科学和工程,培训未来的劳动力建设和使用量子计算机。

UC Berkeley-LED中心是21,220年7月21日,NSF宣布的三个量子飞跃挑战机构(QLCI)之一,占7500万美元的投资。该举措是2018年全国议定书倡议法的中央部分,白宫的未来计划和NSF正在进行的量子飞跃工作。

The QLCI for Present and Future Quantum Computation connects UC Berkeley, UCLA, UC Santa Barbara and five other universities around the nation, harnessing a wealth of experimental and theoretical quantum scientists to improve and determine how best to use today’s rudimentary quantum computers, most of them built by private industry or government labs. The goal, ultimately, is to make quantum computers as common as the mobile phones, which are digital computers, in our pockets.

“有一种感觉,我们在一个非常大的迁移的悬崖上量子计算,“UC伯克利·克朗斯(伯克利)物理学和研究所主任教授说,Dan Stamper-kurn说。“我们认为量子电脑的发展将是一个真正的科学革命,这是一个真正的科学挑战,特别是如果你想到计算机在大概的一切都在展示中发挥着核心作用的事实。如果您有机会彻底改变计算机是什么,那么您就会彻底改变其他一切。“

他说,这家中心位于今日电脑行业,硅谷,硅谷和加州大学和国家实验室的中心附近,是加利福尼亚州作为世界上的Quantum Computing研究中心。“

量子计算机与我们手机,笔记本电脑,汽车和电器的数字电脑根本不同。您可以将数字计算机视为数百万个独立位的集合 - 无论是数百万的 - 或零 - 基于称为算法的一系列指令,每亿分中每十亿分中翻转。问题越难,指令列表越长。

在量子计算机中,每个比特与每个对象 - 量子形式的缠绕相连 - 因此,即使是100个量子比特的状态的描述将远远大于可以存储在最大的经典数字计算机上的状态。

“翻译量子计算机实际解决计算问题的这种显着能力是非常具有挑战性的,需要一种全新的思考算法的方式,”UCESHVAZIRANI,UCESH VAZIRANI,UMESH VAZIRANI,UMESH VAZIRANI,UMESH VAZIRANI,UMESH VAZIRANI,UMESH VAZIRANI,UMESH VAZIRANI,UMESH VAZIRANI,UMESH VAZIRANI,CERKELEY的计算机科学与学院联合主管教授。“设计有效量子算法是实现量子计算机巨大潜力的关键挑战。”

IBM的Quantum Computer Q

IBM的Quantum Computer,称为Q. Credit:照片由IBM提供

理论上的工作表明,量子计算机是做一些重要任务的最佳方式:对大数字,加密或解密数据,搜索数据库或查找问题的最佳解决方案。使用量子机械原理来处理信息提供了在当前数字计算机上解决许多计算问题所花费的巨大加速。

“宇宙时代将在标准计算机上解决的科学问题可能只在昆腾计算机上只需要几分钟,”UCLA物理与新研究所的合作主任教授埃里克·哈德逊说。“我们可能会有能力设计新的药品来对抗量子计算机上的疾病而不是实验室。学习分子的结构和设计有效药物,其中每个原子都有成千上万的原子是具有本质上的量子挑战。量子计算机可能可以计算分子的结构以及分子如何反应和行为。“

“我认为量子计算是不可避免的,”克朗斯补充说。“我不知道时间尺度 - 它是100年还是10年?- 但我们正在谈论能力的指数增加。“

缩放问题

在此时,量子计算机通常汇集了Paltry 50或更少量子位或Qubits。但是,考虑到过去十年来,这是一个非常成就,考虑到它迅速迅速,已经产生了一个新生的量子计算机行业。鉴于这些进步,科学家和联邦政府预计如果政府投资基础研究和教育,以补充谷歌,微软公司,英特尔和IBM等公司所取得的技术进步。

谷歌的梧桐芯片

谷歌的Sycamore芯片,一台量子电脑,在Quantum Cryostat内部保持冷却。信用:Eric Lucero / Google,Inc。

新研究所还包括南加州大学,加利福尼亚州德克萨斯大学奥斯汀,马萨诸塞州理工学院华盛顿大学如,西雅图将解决领域的一些主要挑战。

“我们知道量子计算机正在进行中 - 全国各地的研究人员致力于建立和测试它们,”NSF计划主任亨利沃基尔表示。“但是有电脑的任何人都会告诉您,如果没有软件运行它,硬件就没有有用 - 这就是该中心将导致我们解决方案的地方。目前和未来量子计算的NSF量子飞跃挑战研究所将有助于我们在Quantum计算硬件到位时具有关键编程元件。“

其中一个研究所的第一个挑战是识别当前量子计算机最适合的应用程序,以便充分利用今天的第一代计算机。

“人们谈论嘈杂的中间秤量子计算机或NISQ设备,这是我们目前所拥有的。他们可以做的事情非常有限,最重要的是因为他们不知道如何纠正计算期间出现的错误,“克朗说。“他们将对短尺度或小规模计算有用,但我们发现有能力使用它们的方法至关重要,因为这将刺激整个领域。”

该研究所还将涉及开发算法的下一代量子计算机的长期挑战,这将实现批判性科学,经济和社会进步,以及浏览量子和古典计算能力之间的边界。

“在Quantum机器运行期间,实现量子计算的全功率需要开发用于校正误差的有效方案,以及用于测试和基准的协议,”Vazirani表示。

真空室离子捕获钙离子

一个真空室,中心内具有离子阱。在这种情况下,钙离子通过电场在表面上方100微米。从顶部观察到离子。信用:UC Berkeley照片由Hartmut Haffner提供

了解量子计算机的计算能力是该领域最重要的挑战之一,将成为前进进展的重要推动力。这将需要在从事这些问题的计算机科学家数量的重大增加。

“在UC Berkeley的计算理论中的西蒙斯研究所是努力创造这一参与者,”Vazirani说,他在研究所领导量子计算努力。“西蒙斯研究所是计算基础的MECCA,并将举办多数计算的研究人员,并促进可能导致快速进步的激烈,跨学科合作。”

关键还是与UCLA纯粹和应用数学研究所的合作关系,这将有助于将数学和数据科学工具应用于该领域。

挑战的幅度还需要从科学和数学/计算学科的域专业知识的输入,以允许量子算法设计对特定问题进行定制。

“量子算法设计正在进入共同设计的时代,其中特定的科学和计算限制以及保持脆弱量子相干底层量子算法的需求被利用以产生对特定科学问题的有效解决方案,”Birgitta Whaley说,UC伯克利化学教授和研究所的联合主任。yabovip2021“我们知道如何为小型系统执行此操作,但扩展到大量机器带来了新的实现挑战。这是我们将在新研究所解决的东西。“

来自化学,物理,材料科学,工程,数学和计算机科学领域的实验主义家和理论家将解决这些出色的一些问题 -yabovip2021 特别是如何扩展到数百万Qubits的计算机,而不会失去集合的量子特性Qubits。

“大问题是:你如何使量子系统更大,更大而不会使它表现更差而更糟糕?”质朴克朗说。“人们看到的是,随着事情变得更大,更多的噪音蠕变,校准更加困难,连通性很难 - 很难得到电脑的一部分与另一部分交谈。”

该集团计划专注于使用不同量子系统作为Qubits的三个实验平台:捕获离子,截图原子和超导电路。

“这些系统中的一些人在少数Qubits上工作,所以我们可以真正努力增加他们的忠诚,使他们更加准确。一些自然而然地在更大数量的QUBIT上运行,我们可以测试关于如何使用有限的控件进行操作的Quantum计算机的想法,但是使用了很多Qubits,“Stamper-kurn表示。“他们全部在技术开发曲线上,因此通过在工程师的帮助下引入一些新技术,我们可以提高我们一次运营许多系统的能力。”

氩等离子放电

氩等离子体放电用于清洁离子阱以允许在量子信息传递期间更好的相干性。捕获的离子是可伸缩量子处理装置的最先进的候选者之一。信用:UC Berkeley照片由HartmutHäffner提供

赠款将在奖学金,会议和研讨会的帮助下促进研究人员和博士生之间的互动。但是一个主要的组成部分将培训未来的劳动力,类似于UC Berkeley和斯坦福州的大学计算机科学培训的方式,斯坦福州的硅谷成为科技巨头。UCLA将在量子科学和技术中试点硕士学位课程,以培训Quantum-Smart劳动力,而MASTIVE在线课程或MOOCS,即使对于高中生,也有助于传播对量子计算机的知识和理解。

该团队希望与能源实验室的部门合作,例如劳伦斯伯克利国家实验室,其中2018年推出了基于超导电路的高级量子计算的先进量子。

该项目归功于富人广泛的财团,由加州多元纠结研究所,由UC的多纳斯研究计划和倡议(MRPI)提供资金。

“The award recognizes the team’s vision of how advances in computational quantum science can reveal new fundamental understanding of phenomena at the tiniest length-scale that can benefit innovations in artificial intelligence, medicine, engineering and more,” said Theresa Maldonado, UC’s vice president for research and innovation. “We are proud to lead the nation in engaging excellent students from diverse backgrounds into this field of study.”

该研究所的联合董事是UCLA的Eric Hudson;Whaley是伯克利量子信息和计算中心(QBBIC)的联合主任;Vazirani,Roger A. Strauch电气工程和计算机科学教授,伯克利量子信息和计算中心(QBIC)的联合主管;和Hartmuthäffner,UC Berkeley副教授和Mike Gyorgy椅子的物理学。

今天宣布的其他额外2500万美元的Quantum Leap挑战机构是集中在科罗拉多大学,博尔德和伊利诺伊大学,厄巴纳·香槟,并分别专注于量子传感和量子网络。

1条评论关于“Quantum Leap Challenge:UC Berkeley领导2500万美元的量子计算中心”

  1. 一个有趣的甘蓝。从现在起20多年,您将理解,不理解整个世界是基于量子的第一个和基于粒子的第2次,而不必理解Quantum计算机。

    牛顿物理学忽视量子物理学的影响,以“工作”。

    重力是一种量子效应,它的形式很明显......最能量的能量...... .duh。

    如果您真的想构建Quantum计算机,您必须了解您需要在Get-Go中使用您设计中的量子效果。您必须使用纠缠,分层历史和邻近,同样的方式是人类大脑的影响......

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