Nouvelles

May 24, 2023

Les États-Unis et le Royaume-Uni s'associent pour faire progresser la science de l'information quantique

2 juin 2023 | Maxwell Bernstein Les États-Unis

2 juin 2023 | Maxwell Bernstein

Les États-Unis et le Royaume-Uni partagent leur expertise et leurs capacités dans le domaine florissant de la science de l'information quantique outre-Atlantique. Ce nouveau partenariat entre les pays débouchera sur de nouveaux dispositifs quantiques, un aperçu de leurs performances, des moyens d'exploiter les informations quantiques et des découvertes en physique fondamentale.

La recherche sera menée dans le cadre du Superconducting Quantum Materials and Systems Center, hébergé par le Fermi National Accelerator Laboratory du Département américain de l'énergie, avec le National Physical Laboratory du Royaume-Uni et le Royal Holloway de l'Université de Londres. Avec les institutions supplémentaires, la collaboration du Centre SQMS compte désormais 28 partenaires.

De gauche à droite : Marius Hegedus, Tobias Lindstrom et Alexander Tzalenchuk se tiennent devant la porte du Quantum Computing Lab-3 lors de leur visite au siège du SQMS Center sur le campus du Fermilab. Photo : Centre SQMS

Ces nouveaux ajouts au Centre SQMS sont ancrés dans les objectifs d'accroître la coopération dans le domaine de la science de l'information quantique entre les gouvernements américain et britannique. Ces objectifs ont été définis dans une déclaration conjointe de novembre 2021 qui souligne l'importance de développer un écosystème de partenaires internationaux partageant des valeurs communes. La déclaration souligne également l'impact de la technologie quantique sur la sécurité sanitaire mondiale, le changement climatique et l'utilisation efficace des ressources.

« Nos nouveaux partenaires britanniques apportent des techniques de caractérisation uniques qui complètent les atouts du SQMS Center », a déclaré Anna Grassellino, directrice du SQMS Center. "Ce partenariat fait avancer la mission du centre d'identifier et de surmonter les obstacles fondamentaux qui interfèrent avec les performances des dispositifs quantiques, tout en trouvant également des moyens d'utiliser des dispositifs quantiques pour exploiter les informations quantiques et effectuer des expériences de physique et de détection."

La science de l'information quantique cherche à exploiter le comportement de la mécanique quantique pour traiter l'information de nouvelles façons, développer des détecteurs ultra-sensibles et bien plus encore.

Dans le cadre de ces nouveaux partenariats, les chercheurs étudieront les éléments suivants : les pertes d'informations quantiques dans les dispositifs informatiques quantiques, les nouveaux systèmes basés sur les technologies quantiques pour rechercher de nouvelles particules, les nouveaux algorithmes quantiques, ainsi que les performances et les limites fondamentales des ordinateurs quantiques.

"Les domaines sur lesquels le centre SQMS se concentre sont la construction de qubits supraconducteurs de haute qualité et la recherche de moyens de les adapter à la fois à l'informatique quantique et à la physique fondamentale", a déclaré Sir Peter Knight, président du UK National Quantum Technologies Program et SQMS Center Advisory. membre d'équipage.

Les scientifiques utiliseront des ordinateurs quantiques pour manipuler les qubits - le bloc de base des informations utilisées par les ordinateurs quantiques - pour effectuer des calculs qui seraient pratiquement impossibles pour les ordinateurs classiques lorsque les machines seront pleinement réalisées.

"Les qubits supraconducteurs peuvent être utilisés comme moteur de calcul quantique, mais également dans l'autre sens pour la détection de la matière noire", a déclaré Knight. « Quantum est devenu un élément majeur de l'aventure scientifique à laquelle tout le monde veut participer, et SQMS va être un phare pour faire avancer les choses. Les chercheurs du NPL et du RHUL sont ravis de devenir des partenaires collaboratifs du centre SQMS.

Les appareils quantiques doivent être refroidis pour éviter que les informations ne soient obscurcies ou perdues par le bruit produit par la chaleur. Rendre les appareils ultra-froids pourrait conduire à de meilleures performances des appareils et à de nouvelles informations sur la façon dont les appareils quantiques se comportent et fonctionnent.

Le RHUL effectue des recherches de pointe dans le domaine quantique et héberge le London Low Temperature Laboratory. Les chercheurs du RHUL ont de l'expérience dans le refroidissement de dispositifs quantiques jusqu'à la gamme des microkelvins, ou des millionièmes de degrés kelvin. Ce régime de température est beaucoup plus froid que celui où les chercheurs utilisent généralement des appareils, qui sont de l'ordre du millikelvin ou du millième de degré kelvin.

"Ce que mon groupe apporte à la table, c'est une expertise en physique des basses températures dans le régime des microkelvins", a déclaré John Saunders, professeur au RHUL et membre du conseil consultatif du SQMS Center. "Depuis environ 10 ans, nous travaillons au développement de nouvelles plates-formes à basse température et au refroidissement des circuits quantiques et des matériaux quantiques aux températures les plus basses possibles. Nous sommes très intéressés à les refroidir à des températures ultra-basses pour voir comment ils se comportent », a déclaré Saunders.

Cette expertise des basses températures complète les capacités du Laboratoire National de Physique. Le Laboratoire national de physique remplit une fonction similaire à celle du National Institute of Standards and Technology des États-Unis, qui effectuent tous deux des mesures de précision pour maintenir les normes de mesure pour leurs pays respectifs. Le NIST est également un partenaire clé au sein du SQMS Center.

"Quantum est devenu un élément majeur de l'aventure scientifique à laquelle tout le monde veut participer, et SQMS va être un phare pour faire avancer les choses." – Sir Peter Knight, président du National Quantum Technologies Program du Royaume-Uni

"En tant que responsable scientifique du NPL pour les technologies quantiques, je dirige une équipe d'environ 100 scientifiques travaillant sur divers aspects de l'informatique, de la détection, des communications, de la métrologie et des matériaux", a déclaré Alexander Tzalenchuk, chercheur principal du SQMS Center pour le NPL. "En particulier, nous nous efforçons de comprendre et d'atténuer le bruit dans les circuits supraconducteurs, qui affecte leur" caractère quantique ". Nous travaillons également sur des algorithmes et développons des technologies qui permettront l'informatique quantique évolutive à l'avenir. Cette collaboration formelle est l'un des premiers exemples où les deux pays peuvent travailler ensemble sur des projets étroitement alignés, ce qui est rendu possible par la déclaration commune.

"Nous voulons rendre les technologies quantiques viables afin de fournir de nouveaux outils et capacités qui profitent à notre initiative nationale ainsi qu'au monde plus largement", a déclaré Abid Patwa, responsable du programme SQMS au Bureau de la physique des hautes énergies du DOE. "Nous devons en savoir plus sur les aspects fondamentaux du QIS, tels que la cryogénie, et comprendre les mécanismes sous-jacents qui limitent actuellement les dispositifs informatiques quantiques.

"Le Royaume-Uni continue d'être un excellent partenaire des États-Unis et possède l'expertise ainsi que les ressources essentielles pour tester et développer les fondamentaux du QIS", a déclaré Patwa. "Ces efforts feront progresser nos connaissances dans la recherche quantique pour activer cette technologie émergente."

Le Centre des matériaux et systèmes supraconducteurs quantiques du Fermilab est soutenu par le DOE Office of Science.

Le Centre des matériaux et systèmes quantiques supraconducteurs est l'un des cinq centres de recherche nationaux en sciences de l'information quantique du Département américain de l'énergie. Dirigé par le Fermi National Accelerator Laboratory, le SQMS est une collaboration de 28 institutions partenaires (laboratoires nationaux, universités et industrie) travaillant ensemble pour apporter des avancées transformationnelles dans le domaine de la science de l'information quantique. Le centre s'appuie sur l'expertise du Laboratoire Fermi dans la construction d'accélérateurs de particules complexes pour concevoir des plates-formes de processeurs quantiques multiqubits basées sur des qubits de pointe et des technologies supraconductrices. Travaillant main dans la main avec des partenaires de l'industrie de l'embarqué, SQMS construira un ordinateur quantique et de nouveaux capteurs quantiques au Fermilab, ce qui ouvrira des possibilités de calcul sans précédent. Pour plus d'informations, rendez-vous sur sqmscenter.fnal.gov.

Le Fermi National Accelerator Laboratory est soutenu par le Bureau des sciences du Département américain de l'énergie. L'Office of Science est le plus grand soutien de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s'efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d'informations, veuillez visiter science.energy.gov.