Ведущий квант в переломной точке | Новости Массачусетского технологического института

Данна Фридман ищет первых последователей.

Она является директором факультета зарождающейся квантовой инициативы Массачусетского технологического института (QMIT). В этой новой роли Фридман придаёт форму амбициозным усилиям всего института по применению квантовых прорывов для решения наиболее важных проблем в науке, технологиях, промышленности и национальной безопасности.

Междисциплинарное начинание, новейшее из проектов президента Массачусетского технологического института Салли Корнблут. стратегические инициативысоберет вместе исследователей Массачусетского технологического института и экспертов из разных отраслей для выявления и решения практических задач там, где квантовые решения могут принести наибольший эффект.

«Мы уже видели, как широта прогресса в области квантовых технологий создала возможности переосмыслить будущее безопасность и шифрованиепредставить себе новые режимы навигации и даже измерить гравитационные волны точнее, чтобы наблюдать космос совершенно по-новому», — говорит Фридман, профессор химии имени Фредерика Джорджа Кейса. «Что мы можем делать дальше? Мы инвестируем в квантовые возможности и в то, каким будет наследие через 20 лет».

QMIT — название является отсылкой к «кубиту», базовой единице квантовой информации — официально будет запущен 8 декабря с однодневным мероприятием в кампусе. Со временем инициатива планирует создать физический дом в самом сердце кампуса для академического, общественного и корпоративного взаимодействия с современными интегрированными квантовыми системами. Помимо кампуса Массачусетского технологического института, QMIT также будет тесно сотрудничать с правительством США и Лабораторией Линкольна Массачусетского технологического института, применяя возможности лаборатории в разработке квантового оборудования, системной инженерии и быстрого прототипирования для решения приоритетов национальной безопасности.

«Квантовая инициатива Массачусетского технологического института использует своевременную возможность для обеспечения научной, экономической и технологической конкурентоспособности страны», — говорит Ян А. Вайц, вице-президент Массачусетского технологического института по исследованиям. “Поскольку квантовые возможности приближаются к переломному моменту, QMIT привлечет студентов и исследователей всех наших школ и колледжей, а также компаний по всему миру к размышлению о том, что будет означать резкое изменение в сенсорной и вычислительной мощности для широкого спектра областей. Невероятные возможности существуют в области здравоохранения и наук о жизни, фундаментальных физических исследований, кибербезопасности, материаловедения, зондирования мира вокруг нас и многого другого”.

Определение правильных вопросов

Квантовые явления так же фундаментальны для нашего мира, как свет или гравитация. В чрезвычайно малых масштабах взаимодействия атомов и субатомных частиц контролируются набором правил, отличным от физических законов макромира. Эти правила называются квантовой механикой.

«В некотором смысле квант — это то, что лежит в основе всего», — говорит Фридман.

Используя квантовые свойства, квантовые устройства могут обрабатывать информацию с невероятной скоростью для решения сложных задач, которые невозможно решить на классических суперкомпьютерах, а также обеспечивать сверхточное зондирование и измерение. Эти улучшения в скорости и точности станут наиболее эффективными при оптимизации с учетом конкретных случаев использования и как часть полноценной квантовой системы. QMIT сосредоточится на сотрудничестве в разных областях для совместной разработки квантовых инструментов, таких как компьютеры, датчики, сети, моделирование и алгоритмы, вместе с предполагаемыми пользователями этих систем.

По мере своего развития QMIT будет разбит на программные направления, возглавляемые ведущими исследователями в области квантовых технологий, включая Паола Каппелларопрофессор инженерных наук Форда, профессор ядерной науки, техники и физики; Исаак Чуангпрофессор электротехники и физики Джулиуса А. Стрэттона; Пабло Харильо-Эрреропрофессор физики Сесила и Иды Грин; Уильям ОливерГенри Эллис Уоррен (1894 г.) профессор электротехники и информатики и профессор физики; Владан Вулетичпрофессор физики Лестера Вулфа; и Джонилин Йодерзаместитель руководителя группы квантовых вычислений в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института.

Поддерживая ядро квантовых исследований в физике, инженерии, математике и информатике, QMIT обещает расширить сообщество на своих границах, в астрономию, биологию, химию, материаловедение и медицину.

«Если вы предоставляете основу, с которой кто-то может интегрироваться, это значительно ускоряет прогресс», — говорит Фридман. «Возможно, мы хотим выяснить, как созданный нами квантовый симулятор может моделировать фотосинтез, если это правильный вопрос, или, может быть, правильный вопрос — изучить 10 вышедших из строя катализаторов, чтобы понять, почему они потерпели неудачу».

«Мы собираемся выяснить, какие существуют реальные проблемы, к которым мы могли бы подойти с помощью квантовых инструментов, и работать над их решением в ближайшие пять лет», — добавляет она. «Мы собираемся изменить поступательный импульс квантов таким образом, чтобы обеспечить воздействие».

Квантовая инициатива MIT будет административно размещаться в Исследовательской лаборатории электроники (RLE) при поддержке Управления вице-президента по исследованиям (VPR) и Управления инноваций и стратегии.

QMIT — это естественное расширение Центра квантовой инженерии Массачусетского технологического института (CQE), исследовательского центра, который привлекает более 80 ведущих исследователей из кампуса Массачусетского технологического института и лаборатории Линкольна для ускорения практического применения квантовых технологий.

«CQE создал чрезвычайно сильную экосистему студентов и исследователей, взаимодействуя со спонсорами правительства США и отраслевыми партнерами, в том числе через популярную Ежегодная конференция по квантовым исследованиям (QuARC) и курсы повышения квалификации», — говорит Марк Бальдо, профессор электротехники Дугалда К. Джексона и директор RLE.

«При поддержке бывшего вице-президента по исследованиям Марии Зубер, бывшего директора лаборатории Линкольна Эрика Эванса и Марка Бальдо мы запустили CQE и ее отраслевую членскую группу в 2019 году, чтобы помочь объединить исследовательские усилия Массачусетского технологического института в области квантовой науки и техники», — говорит Оливер, директор CQE, который также проработал 20 лет в лаборатории Линкольна, в последний раз в качестве научного сотрудника лаборатории. «Теперь у нас есть важная возможность углубить нашу приверженность квантовым исследованиям и образованию, и особенно привлечь студентов со всего института к размышлениям о том, как использовать квантовую науку и технику для решения сложных проблем».

Два года назад Питер Фишер, профессор физики Томаса А. Франка (1977), в роли заместителя вице-президента по исследовательским вычислениям и данным, собрал группу преподавателей во главе с Каппелларо, в которую вошли Бальдо, Оливер, Фридман и другие, чтобы начать разработку инициативы, которая охватит весь институт. Теперь, воспользовавшись успехом CQE, Оливер возглавит новый компонент квантовых вычислений MIT Quantum Initiative, который расширит работу CQE и превратит его в более масштабное мероприятие, ориентированное на квантовые вычисления, взаимодействие с промышленностью и связь с конечными пользователями.

Проблема «MIT-hard»

QMIT будет опираться на историческое лидерство Института в области квантовой науки и техники. Весной 1981 года в Массачусетском технологическом институте состоялся первый Конференция по физике вычислений в Эндикотт-хаусесобрав вместе около 50 исследователей в области физики и вычислительной техники, чтобы рассмотреть практические перспективы квантовых технологий — интеллектуальный момент, который сейчас широко рассматривается как начало вторая квантовая революция. (Первым было фундаментальное изложение квантовой механики 100 лет назад.)

Сегодня исследования в области квантовой науки и техники приводят к постоянному потоку «новинок» в лабораториях и растущему числу стартапов.

В сотрудничестве с партнерами в промышленности и правительстве исследователи MIT разрабатывают достижения в таких областях, как квантовое зондированиекоторый предполагает использование систем атомного масштаба для измерения определенных свойств, таких как расстояние и ускорение, с чрезвычайной точностью. Квантовое зондирование можно использовать в таких приложениях, как устройства визуализации мозга, которые улавливают больше деталей, или системы управления воздушным движением с большей точностью позиционирования.

Еще одним ключевым направлением исследований является квантовое моделированиекоторый использует возможности квантовых компьютеров для точной эмуляции сложных систем. Это может способствовать открытию новых материалов для энергоэффективной электроники или упростить идентификацию многообещающих молекул для разработки лекарств.

“Исторически, когда мы думаем о наиболее четко сформулированных задачах, которые может решить квантовая технология, – говорит Фридман, – лучшие из них приходят изнутри Массачусетского технологического института. Мы открыты для технологических решений проблем и нетрадиционных подходов к науке. Во многих отношениях мы являемся первопроходцами”.

Но она также проводит четкое различие между голубым мышлением о том, что может сделать квантовая энергия, и глубоко технической, глубоко совместной работой по фактическому составлению дорожной карты. «Это «сложная» проблема MIT», — говорит она.

На мероприятии, посвященном запуску QMIT 8 декабря, пройдут переговоры и дискуссии с участием преподавателей MIT, в том числе нобелевских лауреатов и лидеров отрасли.