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May 24, 2023

Los EE. UU. y el Reino Unido se unen para avanzar en la ciencia de la información cuántica

2 de junio de 2023 | Maxwell Bernstein Los Estados

2 de junio de 2023 | Maxwell Bernstein

Los Estados Unidos y el Reino Unido están compartiendo experiencia y capacidades en el floreciente campo de la ciencia de la información cuántica al otro lado del charco. Esta nueva asociación entre los países dará lugar a nuevos dispositivos cuánticos, conocimientos sobre su rendimiento, formas de aprovechar la información cuántica y descubrimientos en física fundamental.

La investigación se llevará a cabo en el Centro de Sistemas y Materiales Cuánticos Superconductores, alojado por el Laboratorio Nacional Acelerador Fermi del Departamento de Energía de EE. UU., con el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido y Royal Holloway, Universidad de Londres. Con las instituciones adicionales, la colaboración del Centro SQMS ahora suma 28 socios.

De izquierda a derecha: Marius Hegedus, Tobias Lindstrom y Alexander Tzalenchuk frente a la puerta del Quantum Computing Lab-3 durante su visita a la sede del Centro SQMS en el campus de Fermilab. Foto: Centro SQMS

Estas nuevas incorporaciones al Centro SQMS tienen sus raíces en los objetivos de aumentar la cooperación en el campo de la ciencia de la información cuántica entre los gobiernos de EE. UU. y el Reino Unido. Estos objetivos se establecieron en una declaración conjunta de noviembre de 2021 que enfatiza la importancia de hacer crecer un ecosistema de socios internacionales con valores compartidos. La declaración también destaca el impacto de la tecnología cuántica en la seguridad sanitaria mundial, el cambio climático y el uso eficiente de los recursos.

"Nuestros nuevos socios del Reino Unido aportan técnicas de caracterización únicas que complementan las fortalezas del Centro SQMS", dijo Anna Grassellino, directora del Centro SQMS. "Esta asociación avanza en la misión del centro de identificar y superar los obstáculos fundamentales que interfieren con el rendimiento de los dispositivos cuánticos, al mismo tiempo que encuentra formas de utilizar los dispositivos cuánticos para aprovechar la información cuántica y realizar experimentos de física y detección".

La ciencia de la información cuántica busca aprovechar el comportamiento de la mecánica cuántica para procesar la información de nuevas formas, desarrollar detectores ultrasensibles y mucho más.

Bajo estas nuevas asociaciones, los investigadores investigarán lo siguiente: pérdidas de información cuántica en dispositivos de computación cuántica, nuevos sistemas basados ​​en tecnologías cuánticas para buscar nuevas partículas, nuevos algoritmos cuánticos y el rendimiento y los límites fundamentales de las computadoras cuánticas.

"Las áreas en las que se enfoca el Centro SQMS son la construcción de qubits superconductores de alta calidad y la búsqueda de formas en que esto se escalará tanto para la computación cuántica como para la física fundamental", dijo Sir Peter Knight, presidente del Programa Nacional de Tecnologías Cuánticas del Reino Unido y asesor del Centro SQMS. miembro de la Junta.

Los científicos utilizarán computadoras cuánticas para manipular qubits, el componente básico de información utilizado por las computadoras cuánticas, para realizar cálculos que serían prácticamente imposibles para las computadoras clásicas cuando las máquinas estén completamente desarrolladas.

"Los qubits superconductores se pueden usar como un motor de computación cuántica, pero igualmente en la otra dirección para la detección de materia oscura", dijo Knight. "Quantum se ha convertido en una parte importante de la aventura científica en la que todo el mundo quiere participar, y SQMS será un faro para hacer las cosas. Los investigadores de NPL y RHUL están emocionados de convertirse en socios colaborativos del Centro SQMS".

Los dispositivos cuánticos deben enfriarse para evitar que la información se oscurezca o se pierda por el ruido producido por el calor. Hacer que los dispositivos sean ultrafríos podría conducir a un mejor rendimiento del dispositivo y nuevos conocimientos sobre cómo se comportan y funcionan los dispositivos cuánticos.

RHUL realiza investigaciones de vanguardia en cuántica y alberga el Laboratorio de Baja Temperatura de Londres. Los investigadores de RHUL tienen experiencia en enfriar dispositivos cuánticos hasta el rango de microkelvin, o millonésimas de grados kelvin. Este régimen de temperatura es mucho más frío que donde los investigadores suelen operar dispositivos, que están en el rango de mikelvin o milésimos de grado kelvin.

"Lo que mi grupo aporta es experiencia en física de baja temperatura en el régimen de microkelvin", dijo John Saunders, profesor de RHUL y miembro de la junta asesora del Centro SQMS. "Durante aproximadamente los últimos 10 años, hemos estado trabajando en el desarrollo de nuevas plataformas de baja temperatura y en el enfriamiento de circuitos cuánticos y materiales cuánticos a las temperaturas más bajas posibles. Estamos muy interesados ​​en enfriarlos a temperaturas ultrabajas para ver cómo se comportan", dijo Saunders.

Esta experiencia en bajas temperaturas complementa las capacidades del Laboratorio Nacional de Física. El Laboratorio Nacional de Física cumple una función similar al Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos, los cuales realizan mediciones de precisión para mantener los estándares de medición para sus respectivos países. NIST también es un socio principal dentro del Centro SQMS.

"Quantum se ha convertido en una parte importante de la aventura científica en la que todos quieren participar, y SQMS será un faro para hacer cosas". – Sir Peter Knight, presidente del Programa Nacional de Tecnologías Cuánticas del Reino Unido

"Como jefe científico de NPL para tecnologías cuánticas, dirijo un equipo de unos 100 científicos que trabajan en diversos aspectos de la informática, la detección, las comunicaciones, la metrología y los materiales", dijo Alexander Tzalenchuk, investigador principal del Centro SQMS para NPL. “En particular, nos esforzamos por comprender y mitigar el ruido en los circuitos superconductores, que afecta su 'cuantificación'. "También trabajamos en algoritmos y en desarrollo de tecnologías que permitan la computación cuántica escalable en el futuro. Esta colaboración formal es uno de los primeros ejemplos en los que los dos países pueden trabajar juntos en proyectos estrechamente alineados, lo cual está habilitado por la declaración conjunta".

"Queremos hacer que las tecnologías cuánticas sean viables para proporcionar nuevas herramientas y capacidades que beneficien nuestra iniciativa nacional y, más ampliamente, el mundo", dijo Abid Patwa, gerente de programa para SQMS en la Oficina de Física de Alta Energía del DOE. "Necesitamos aprender más sobre los aspectos fundamentales de QIS, como la criogenia, y comprender los mecanismos subyacentes que actualmente limitan los dispositivos de computación cuántica.

"El Reino Unido continúa siendo un excelente socio para los Estados Unidos y tiene la experiencia y los recursos esenciales para probar y construir sobre los fundamentos de QIS", dijo Patwa. "Estos esfuerzos avanzarán aún más en nuestros conocimientos sobre la investigación cuántica para permitir esta tecnología emergente".

El Centro de Sistemas y Materiales Cuánticos Superconductores en Fermilab cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del DOE.

El Centro de Sistemas y Materiales Cuánticos Superconductores es uno de los cinco Centros Nacionales de Investigación de Ciencias de la Información Cuántica del Departamento de Energía de EE. UU. Dirigido por Fermi National Accelerator Laboratory, SQMS es una colaboración de 28 instituciones asociadas (laboratorios nacionales, academia e industria) que trabajan juntas para lograr avances transformadores en el campo de la ciencia de la información cuántica. El centro aprovecha la experiencia de Fermilab en la construcción de aceleradores de partículas complejos para diseñar plataformas de procesadores cuánticos multiqubit basadas en qubits de última generación y tecnologías superconductoras. Trabajando de la mano con socios de la industria integrada, SQMS construirá una computadora cuántica y nuevos sensores cuánticos en Fermilab, lo que abrirá oportunidades computacionales sin precedentes. Para obtener más información, visite sqmscenter.fnal.gov.

El Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. La Oficina de Ciencias es el mayor patrocinador individual de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite science.energy.gov.