Les technologies quantiques – les simulateurs et les ordinateurs en particulier – ont le potentiel de révolutionner le 21e siècle, des systèmes de défense nationale améliorés à la découverte de médicaments en passant par des capteurs et des réseaux de communication plus puissants.

Mais le domaine doit encore faire des progrès majeurs avant que l'informatique quantique puisse surpasser les outils existants pour traiter l'information et tenir ses promesses.

Une équipe de recherche multidisciplinaire dirigée par l'Université de Columbia est en mesure de transformer la technologie quantique du laboratoire en applications réelles.

L'équipe a reçu un prix d'accélérateur de convergence de la National Science Foundation (NSF) d'un million de dollars pour construire un simulateur quantique, un appareil capable de résoudre des problèmes difficiles à simuler sur des ordinateurs classiques. Le projet comprend des physiciens, ingénieurs, informaticiens, mathématiciens, et les éducateurs du monde universitaire, laboratoires nationaux, et de l'industrie.

"Ce financement nous permettra de développer le concept d'un simulateur quantique qui peut aider à relever les défis du monde réel, " dit Sébastien Will, professeur adjoint de physique à Columbia et chercheur principal sur le projet. "Pour cela, nous avons réuni une équipe diversifiée qui comprend des experts en physique atomique, photonique, électronique, et logiciels, ainsi que les futurs utilisateurs de la plateforme."

La National Science Foundation a lancé son programme Convergence Accelerator, une nouvelle structure unique pour la NSF et le gouvernement fédéral, en 2019 pour aider à mettre rapidement en pratique la recherche et la découverte en s'alignant sur les « grandes idées » de la NSF. En 2020, la NSF continue d'investir dans deux domaines de recherche transformateurs d'importance nationale :la technologie quantique et l'intelligence artificielle.

Columbia est l'une des 11 institutions à l'échelle nationale à recevoir un prix d'accélérateur de convergence de phase un pour la technologie quantique. Ces prix soutiennent la National Quantum Initiative Act adoptée en 2018 pour accélérer le développement des applications de la science quantique et des technologies de l'information. Le Congrès américain a autorisé jusqu'à 1,2 milliard de dollars de financement de la recherche pour la science de l'information quantique, y compris l'informatique.

L'espoir de construire un ordinateur quantique avec le potentiel de résoudre des problèmes apparemment insolubles dans de nombreuses industries et applications différentes repose sur le contrôle des systèmes quantiques microscopiques avec une précision de plus en plus élevée afin de les mettre au travail pour des tâches informatiques.

Avec cette subvention, l'équipe de Columbia développera des concepts matériels et logiciels pour construire un simulateur quantique polyvalent basé sur des réseaux ordonnés d'atomes. Le groupe stockera des informations quantiques dans des atomes individuels et les programmera pour effectuer des simulations quantiques. Outre le développement de l'appareil, le plan est de le rendre accessible à une large base d'utilisateurs via le cloud computing.

Au cours des neuf prochains mois, les équipes de l'Accélérateur de Convergence de la cohorte 2020 travailleront à développer leur concept initial, identifier les nouveaux membres de l'équipe, et participer à un programme axé sur le design, sciences d'équipe, préparation du terrain, et coaching de présentation. Après avoir développé un prototype, les équipes participeront à un concours de pitch et à une évaluation des propositions. Les équipes sélectionnées pour la phase deux seront éligibles à un financement supplémentaire :jusqu'à 5 millions de dollars sur 24 mois.

À la fin de la deuxième phase, les équipes sont censées fournir des solutions qui ont un impact sur les besoins de la société à grande échelle.

« La technologie quantique et les données axées sur l'IA et les sujets de partage de modèles ont été choisis en fonction des commentaires de la communauté et ont identifié les priorités fédérales de recherche et de développement, " a déclaré Douglas Maughan, responsable du programme NSF Convergence Accelerator. "Il s'agit de la deuxième cohorte du programme, et nous sommes ravis que ces équipes utilisent la recherche sur la convergence et les fondamentaux centrés sur l'innovation pour accélérer les solutions qui ont un impact sociétal positif. »

L'équipe du projet simulateur comprend des collaborateurs de l'Université de Columbia, chercheur principal Sebastian Will, les co-chercheurs principaux Alex Gaeta et Nanfang Yu, et d'autres; Laboratoire national de Brookhaven, co-chercheurs principaux Layla Hormozi et Gabriella Carini, et d'autres; Université de la ville de New York ; Institut Flatiron; et les partenaires industriels d'Atom Computing, QuEra, IBM, et Bloomberg.