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《谢菲尔德量子中心成立，以开发计算、通信、传感和成像技术》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： Lightfeng
  • 发布时间：2020-02-03

  • 英国谢菲尔德大学已经建立了一个新的研究中心，该中心针对计算、通信、传感和成像技术。谢菲尔德量子中心汇集了来自70多所大学的优秀科学家和工程师，共同开发新的量子技术。作为国家计划的一部分，英国政府已经投资了量子研究，并承诺提在10年内供10亿英镑的资金。

    在开幕式上，谢菲尔德量子中心还推出了新的210万英镑的量子技术资本设备。该设备由英国工程和物理科学研究委员会（EPSRC）资助，包含分子束外延（MBE）簇工具，旨在生长非常高质量的半导体晶片。半导体材料还可以开发许多新的量子应用，研究人员正在致力于这些新的量子应用的开发。

    谢菲尔德量子中心将由该大学的物理与天文学系，电子与电气工程系和计算机科学系牵头，将加入北部的一些大学集团，这些大学在量子技术的发展中发挥着重要作用。

    谢菲尔德大学在量子研究领域颇有建树，具有晶体生长，纳米级器件制造和器件物理研究的能力。已经成立了一个分拆公司，以帮助将研究商业化，而另一家公司正在准备中。

    谢菲尔德量子中心主任Maurice Skolnick教授说：“谢菲尔德大学在半导体科学和技术领域具有开创性的发展历史，已有40年的历史，并且是国家外延设施的主办地，在量子科学和技术领域中拥有相当大的优势。我强烈希望新组建的中心将汇集这些多样化的优势，以在发挥最大的影响。”

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  • 《谢菲尔德大学的研究人员通过在测量中减少量子误差开创了一种无需复杂量子纠错码（QEC）的量子测量新方法》
    • 编译者：张宇
    • 发布时间：2024-12-06
    • 近日，谢菲尔德大学的研究人员开发了一种新的量子纠错方法，实现了在不需要复杂的量子纠错码的情况下，仍可以使量子测量结果更加可靠。该方法使用来自经典纠错码的结构化“交换可观察对象”来检测和纠正测量结果中的错误，从而提高依赖经典数据输出的近期量子应用的准确性。该方法可以增强各种量子系统的性能，通过使用最少的资源来实现纠错，并使量子算法在短期内更加可行。 该方法由谢菲尔德大学的Yingkai Ouyang开发，欧阳教授提供了一种通过一系列结构化测量来检测和纠正量子测量错误的方法，这些测量可以防止数据丢失并提高准确性。这项研究成果解决了量子计算中的一个关键问题：保持稳定可靠的测量，这是实现实用、抗错量子系统的必要步骤。 量子测量是量子信息处理不可或缺的一部分，但它们也容易受到导致结果失真的量子误差的影响。每一种量子算法（无论是用于数据加密、模式识别还是复杂的科学建模）都依赖于对量子状态的精确测量。根据欧阳教授的研究，这些测量中的误差可能包括多种来源，比如环境噪声或硬件精度限制，这些都会导致最终结果不准确。 大多数传统的纠错方案都侧重于保护量子状态免受外部干扰，但新方法采取了不同的路径。欧阳教授的方案不是用复杂的纠错码对数据进行编码，而是引入了从经典纠错码衍生出来的“对易可观测量”。 对易可观测量是可以同时执行而不会相互干扰的物理量。通过在结构化序列中使用这些可观测量，新方案旨在检测并纠正由测量结果中的误差引起的任何不一致。正如欧阳教授所言，这种方法可以让量子系统对测量的经典数据结果进行纠错，而无需处理完全编码量子数据本身的开销。 这种技术的一个优点是，它可以直接在量子测量中进行纠错，绕过了全面量子纠错系统（QEC）的一些限制，这些限制很难在目前的量子设备上实现。 欧阳教授认为，这种方法对于当今正在开发中的算法有很大帮助，因为这些算法通常无法访问完全开发的QEC基础设施。那些专为现阶段量子计算机上使用而设计的近期算法，通常依赖于量子测量的经典输出。它们包括用于量子学习或量子参数估计等任务的算法，这些算法在人工智能和药物研究等领域都有应用。在此类应用中，不准确的测量会降低性能，但这种新方法可以提高其可靠性。 欧阳教授的量子纠错方案可以比作一个多层安全检查点系统，其中每个检查点都会交叉检查数据是否有误，即使有错误未被第一层检出，也能获得可靠的结果。 欧阳教授这个方案的核心技术是使用一种称为“投影测量”的特殊测量方法。“投影测量”旨在隔离特定的量子状态以供观察，从而最大限度地降低引入新错误的风险。在这个新方案中，每个“投影测量”结果都被一组“对易可观测量”所取代，这些可观测对象基本上执行相同的功能，但内置了冗余以允许错误检测。通过将每个测量结果与一个特定的经典编码联系起来，来定义如何纠正错误，该方案创造了一种可靠的方法来识别和处理出现的错误。 例如，如果测量误差改变了某个特定可观察量的结果，则经典代码会识别这种不一致并根据预定义的规则纠正错误。欧阳教授表示，这是一种类似于数字通信中经典纠错码的工作方式，其中冗余数据位用于检测和修复传输错误。这里的区别在于，冗余是内置于量子测量过程本身的，使其符合量子计算的独特要求。 该方案还可以适应不同类型的量子系统。例如，欧阳教授认为，虽然传统的QEC量子纠错方法通常与“稳定器代码”相关联，稳定器代码是为特定类型的量子系统特别设计的一类编码，但新方案则适用于“非稳定器”代码。非稳定器代码包括“玻色子代码”等系统，这些系统因其能够比传统方法更有效地表示复杂量子态而受到关注。这种灵活性意味着该方案可以应用于更广泛的量子计算架构，即使在与传统QEC量子纠错不完全兼容的系统中，也能为容错计算打开大门。 根据欧阳教授的说法，这种方法的实现只需要少量资源。例如，只需要配备辅助量子态等基本组件和简单测量工具（如同相检测器）就足够了。同相检测是一种测量光属性的技术，该技术广泛用于实验量子物理学，且非常适用于此。通过保持最少的设备需求，该方法可以集成到现有的量子系统中，而无需对基础设施进行重大变更。 这项研究为量子测量可靠性的长期挑战提供了实用的见解。量子测量中的误差会影响两个主要元素：“经典结果”，即从测量中获得的数值数据，以及“测量后状态”，即测量后量子系统的结果状态。欧阳教授的方案主要侧重于纠正经典结果中的错误，这对于近期的量子设备来说至关重要，因为它可以增强算法的精度并提高整体性能。 这种方法的一个区别在于，可以根据所需的容错能力灵活地选择可观测对象的数量。欧阳教展示了通过正确选择经典编码，可以减少所需的可观测量，从而降低测量负载和操作复杂性。例如，在他的分析中，证明了10个可观测对象即可达到以前需要15个可观测对象才能达到的容错率，这使得新方法对于某些应用程序来说更加高效。 欧阳教授的工作还为“综合症提取”的潜在增强奠定了基础，从而与量子纠错领域的更广泛的应用相关联，“综合症提取”是一个识别和纠正容易出错的数据的过程。 传统的QEC量子纠错依赖于大量的“综合症提取”过程，这需要耗费不少时间和资源。欧阳教授的新方案可以简化这一过程，特别是在像“二项式码”这样的非稳定器代码中，这些代码将量子信息编码在特定状态的光中。通过在这些编码中实施稳定的测量，欧阳教授的方法可以促进更实用的容错量子计算 这种方法可能存在一些局限性——这也为科学家的进一步研究指明了方向。例如，虽然该方案与某些类型的非稳定器代码（如玻色子代码）兼容，但它可能无法在所有量子系统中提供相同级别的灵活性和有效性，尤其是那些具有更复杂动态误差的系统。尽管该方法所需的资源比完整的QEC量子纠错要少，但在大规模实施该方案时可能需要大量的辅助状态和高精度的测量。这可能会给扩展到更大的容错量子计算的工作带来新的挑战。 欧阳教授设想将这种应用纠错方案用于提高近期量子算法的测量可靠性，这些算法还不能使用完整的QEC量子纠错。进一步的研究可以测试该方法在实际算法应用中的有效性，例如量子学习或参数估计。 同样地，从长远来看，这种新方案可以补充现存容错系统中的传统QEC量子纠错方法，从而可能减轻资源需求。将该方案与完整的QEC量子纠错协议相结合的研究，，可能会导致在可扩展的量子计算架构中实现更高效的纠错机制。 Yingkai Ouyang 是谢菲尔德大学的量子计算研究员，专门研究量子纠错和测量可靠性。 该研究的成果已经发表在《NPJ Quantum Information》期刊上（DOI：10.1038/s41534-024-00904-y）。
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  • 《印度国家量子任务（NQM）宣布建立四个量子主题中心（T-Hubs），以促进该国在量子计算、量子通信、量子传感和计量等方面的创新》
    • 编译者：李晓萌
    • 发布时间：2024-10-20
    • 作为印度国家量子任务（NQM）的重要一步，近日在新德里宣布了建立主题中心（T-Hubs）的选定主要机构，联合国务部长（独立负责人）科学技术部部长Jitendra Singh博士、地球科学国务部长（独立负责人）、原子能部和航天部人事、公众申诉和养老金部部长Jitensra Singh博士在场。 这些中心致力于推动量子研究和创新，将有助于将印度定位在全球量子技术革命的前沿，加强该国在最先进科学前沿的领导地位。 Jitendra Singh博士在宣布T-hubs时表示：“这些中心将处于研究和创新的前沿，为印度在量子计算、通信、传感、和材料方面的领导地位奠定基础。”。 他补充说，T-Hubs的主要优势之一是他们的多学科方法，汇集了来自物理、计算机科学、工程和材料科学等不同领域的专家，以推动量子技术的整体进步。 四个T-Hubs已在班加罗尔印度科学研究所（IISc）、马德拉斯印度技术研究所（IIT）以及新德里远程信息处理发展中心、孟买印度技术研究院（IIT，Bombay）和德里印度技术研究所在各机构设立，由14个技术小组组成。他们是通过竞争激烈的过程选出的，将专注于关键的量子垂直领域，分别确保量子计算、量子通信、量子传感与计量以及量子材料与器件的全面和稳健发展。 国家量子任务于2024年1月启动了提案征集（CFP），邀请领先的学术机构和研发中心提交四个关键量子垂直领域的项目。反响热烈，印度各地提交了384份提案。经过严格的评估过程，选出了17个提案，代表了量子研究的最高水平。来自印度43个机构的152名研究人员为这一非凡的国家努力做出了贡献，突显了该国在这一新兴领域发挥领导作用的集体雄心。 T-Hubs将推动量子技术开发、人力资源能力建设、创业和行业合作以及加强国际伙伴关系方面的重大进步。 每个T-Hub都将在Hub Spoke-Spke模式下运作，支持基于集群的研究项目网络（Spokes）和各个研究小组（Spikes）以及这些中心，以加强研究机构之间的协调，使它们能够汇集资源和专业知识。 印度政府首席科学顾问A.K.Sood教授强调了印度在国家量子任务（NQM）下量子技术的发展历程。他强调了量子科学基础研究的重要性，以及将这些发现转化为实际产品的必要性。Sood教授还敦促该领域的专家进行包容性的工作和有效的合作。 DST秘书Abhay Karandikar教授表示：“该任务促进了学术机构、行业、初创公司和政府实体之间的合作，以在这四个垂直领域播种、培育和扩大量子技术的研究。”。 NQM旨在通过提供必要的资金、基础设施和有利于合作和增长的环境来增强研究机构和初创企业的能力。为了进一步支持量子技术的发展，NQM制定了详细的指导方针，旨在培育这一新兴领域的初创企业。该任务还将促进关键的国家和国际伙伴关系，确保印度在建设研究人员能力的同时保持技术进步的前沿。 该任务将确保T-Hubs在整个任务期间的持续增长和发展，为印度在量子技术领域的领导地位奠定基础。这种方法将在全国范围内创建一个强大的研究倡议和合作网络，确保量子技术发展的全面增长。 参与T-Hubs的机构： 量子计算主题中心：班加罗尔印度科学研究所 涉及的机构：德里IIT、坎普尔IIT、鲁克IIT、孟买IIT、马德拉斯IIT、罗帕尔IIT、古瓦哈蒂IIT、巴特那IIT、海德拉巴BITS、钦奈IMSc、诺伊达JIIT、钦奈SETS、班加罗尔CDAC、印多尔IIT、特里凡得琅IISER、浦那IISER、班加罗尔RRI、NISER Bhubaneswar、孟买TIFR、海德拉巴TIFR和班加罗尔JNCASR。 量子通信主题中心：马德拉斯印度理工学院 参与机构：印度空间研究组织艾哈迈达巴德、印度空间研究组卫星中心、德里印度理工学院、坎普尔印度理工大学、哈拉格普尔印度理工学校、比莱印度理工教育学院、鲁克印度理工学学院、查谟印度理工研究所、蒂鲁帕蒂印度理工院校、巴特那印度理工校、印多尔印度理工高中、海德拉巴印度科学研究所、班加罗尔国际空间研究所、博帕尔印度科学研究所在、莫哈里印度科学研究院、班加罗尔印度研究所、普拉亚格拉杰印度科学研究所以、特里凡得琅印度科学技术研究所。 量子传感和计量专题中心：印度理工学院，孟买 参与的机构：班加罗尔国际学院、马德拉斯国际学院、德里国际学院、坎普尔国际学院、甘地讷格尔国际学院、博帕尔国际学院、罗帕尔国际学院，钦奈TCG CREST，孟买TIFR，海德拉巴TIFR，普拉亚格拉杰HRI，加尔各答IACS，果阿BITS，海得拉巴大学和SN Bose NCBS。 量子材料和器件主题中心：印度理工学院，德里 参与机构：孟买印度理工学院、马德拉斯印度理工大学、坎普尔印度理工学校、鲁克印度理工教育学院、哈拉格布尔印度理工学生会、布巴内斯瓦尔印度理工中学、德里DRDO学校、加尔各答IACS学校和浦那IISER学校。
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