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Tout en ayant leurs propres domaines d'expertise et ressources uniques, les NQISRC sont tous alignés sur la même mission :l'avancement de la science de l'information quantique.
Cinq centres nationaux de recherche en sciences de l'information quantique (NQISRC) exploitent le comportement de la nature aux plus petites échelles pour développer des technologies pour les problèmes scientifiques les plus complexes. Soutenus par le Bureau des sciences du Département américain de l'énergie (DOE), les NQISRC soutiennent la mission du DOE depuis 2020 pour faire progresser la sécurité énergétique, économique et nationale des États-Unis. En créant un écosystème quantique national et une main-d'œuvre composée de chercheurs dans environ 70 institutions à travers les États-Unis, les centres créent un environnement riche pour l'innovation quantique et la co-conception.
Les NQISRC intègrent des installations de pointe du DOE, des talents prééminents dans les laboratoires nationaux et les universités américaines, et l'ingéniosité entreprenante des entreprises technologiques américaines.
En conséquence, les centres repoussent les limites de ce qui est possible dans les ordinateurs quantiques, les capteurs, les appareils, les matériaux et bien plus encore.
Chaque centre national est dirigé par un laboratoire national du DOE :
Diriger avec la science
"Chaque centre est une force formidable pour la science de l'information quantique en soi, repoussant les frontières de l'informatique, de la physique, de la chimie et de la science des matériaux pour apporter de nouvelles technologies transformationnelles à la nation", a déclaré David Awschalom, directeur de Q-NEXT. "Mais ensemble, ils constituent une puissance nationale, élevant la science et l'ingénierie quantiques à une importance particulière aux États-Unis et positionnant le pays pour qu'il devienne un leader mondial dans ce domaine."
Domaine de recherche en plein essor, la science de l'information quantique (QIS) examine les propriétés quantiques de la nature pour créer de nouveaux moyens puissants de traiter l'information dans des domaines aussi variés que la médecine, l'énergie et la finance. En manipulant les caractéristiques les plus fondamentales de la matière, les chercheurs pourraient inventer de nouveaux capteurs d'une précision sans précédent, des ordinateurs puissants et des réseaux de communication sécurisés.
À cette fin, les centres s'efforcent de prototyper et d'évaluer les performances et l'impact d'ordinateurs et de capteurs quantiques construits à l'aide de diverses plates-formes et architectures technologiques.
"Il y a de nombreux choix et opportunités à faire dans le développement de l'informatique quantique, et comprendre comment les appareils actuels échouent nous révèle la voie à suivre", a déclaré C 2 . Directeur de l'assurance qualité Andrew Houck. "Les NQISRC peuvent s'attaquer à cette tâche étonnamment difficile car, malgré de grands progrès dans le domaine, les ordinateurs quantiques actuels sont encore trop bruyants et sujets aux erreurs pour des calculs utiles."
Comprendre le comportement quantique des matériaux est crucial pour surmonter ces limitations de bruit et pour la réalisation de dispositifs qui offriront un avantage quantique. Les laboratoires nationaux sont idéalement placés pour offrir des installations et des connaissances avancées qui guident la compréhension et le dépassement de ces limites.
« Le DOE investit depuis des années dans des technologies, des outils et des installations de pointe dans des laboratoires nationaux, qui offrent des opportunités uniques pour permettre un bond en avant dans les performances des dispositifs quantiques », a déclaré Anna Grasselino, directrice du SQMS. "Nous sommes ravis d'offrir une expertise de pointe mondiale pour faire des avancées transformationnelles dans QIS, en particulier parce que QIS peut aider à faire avancer notre mission de comprendre le monde à son niveau le plus fondamental."
Collaborer pour l'innovation quantique
Les équipes interdisciplinaires du NQISRC co-conçoivent des technologies quantiques pour préparer le terrain pour de futures découvertes scientifiques. Advances in QIS will bring about societywide benefits, such as new materials and powerful quantum sensors that, when combined with medical imagers, could measure tissue at the individual-cell level, bringing far greater sensitivity to today's magnetic resonance imaging machines.
By understanding what enables and limits different quantum technologies and what tools need to be developed, the co-design effort across the NQISRCs could translate into faster drug and vaccine development, novel materials, improvements in transportation and logistics, and more secure financial networks.
As a national ecosystem, NQISRC researchers leverage world-class DOE Office of Science user facilities and programs, such as the Advanced Photon Source at Argonne National Laboratory, the Oak Ridge Leadership Computing Facility at Oak Ridge National Laboratory, the Advanced Light Source at Lawrence Berkeley National Laboratory, the National Synchrotron Light Source II at Brookhaven National Laboratory, and the superconducting technology facilities and technologies at Fermilab.
"Through the funding of these strategic quantum centers, DOE has given researchers an incredible opportunity to make impactful and world-changing discoveries in QIS," said QSC Director Travis Humble. "Based on the first two years of operation, there is every reason to believe these centers will make tremendous progress in the coming years in advancing QIS toward real-world innovation. We will see an increasing flow of discovery science through the innovation chain."
Similarly, laboratory and university scientists can leverage the market-driven technologies developed by their industry partners, such as test beds and simulation tools. Capitalizing on these networks, each center builds a pathway to commercializing quantum technologies and, eventually, bringing them to the public.
Preparing the quantum workforce and engaging with industry
The lasting impact of the NQISRCs' co-design efforts for science and technology will depend on a quantum workforce to carry it into the future. All national centers are committed to building a workforce with a focus on diversity, equity and inclusion through institutional degree programs, cooperative training programs with industry and retraining certificate programs. This sets the stage for many more innovations and fundamental science questions to be explored.
"The centers have taken a multipronged approach to train the next generation of QIS scientists and researchers and to create new pipelines for underrepresented groups," expressed QSA Director Irfan Siddiqi. "We're all putting forth special efforts to support a diverse quantum workforce in a fast-growing field."
The QSC at Oak Ridge National Laboratory, for example, held its second annual quantum summer school in May, a forum for sharing QIS topics with high schoolers, college students, postdocs and professionals. The event included panels on workforce development strategies with leading industry representatives as well as networking opportunities for students and staff.
C 2 QA recently held its second six-weeklong quantum computing summer school, QIS101, for undergraduate students this year, with a focus on building fundamental and practical skills and growing a diverse quantum workforce. 40% of the participants in C 2 QA's summer session were women, and nearly 44% were from communities underrepresented in QIS.
Q-NEXT partners with other quantum institutions to build a more diverse and inclusive quantum workforce through the Open Quantum Initiative, a group led by the Chicago Quantum Exchange. One key effort was the creation of an undergraduate fellowship program for underrepresented, racially minoritized quantum scientists. This summer, the fellowship participants worked side-by-side with scientists at collaborating institutions on challenging projects in QIS.
QSA works closely with several regional and international companies with strong records in diversity and inclusion programs. Furthermore, it is partnering with local economic development boards already active in the industry to establish internship and apprenticeship programs and accelerate startups. QSA hosted in 2021 its industry and investor roundtable events, attended by dozens of founders, investors, CEOs, senior scientists and engineers from across the United States and worldwide.
SQMS has announced the recipient of the first Carolyn B. Parker Fellowship, named for Carolyn Beatrice Parker, who was the first African American woman to earn a Ph.D. in physics. The center is currently recruiting for a second Parker fellow and is wrapping up the second annual undergraduate internship program as well as the SQMS QIS Summer School, co-hosted by the Galileo Galilei Institute in Florence, Italy.
On Sept. 14, Brookhaven National Laboratory will host the second NQISRC Virtual Quantum Career Fair. The event aims to make undergraduate, graduate and postdoc communities more aware of the DOE Office of Science's NQISRCs and the different types of careers in QIS at the centers—from technical to non-STEM careers. The first NQISRC career fair, held in fall 2021, attracted close to 400 participants, with 12% representation from minority-serving institutions.
Advances in quantum information science have the potential to revolutionize research and society. The NQISRCs are at the forefront of this emerging field by developing technologies that go beyond what's previously possible. Importance of the science of measurement in the quantum revolution
