《美费米实验室新成立量子研究所》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2019-11-21
  • 美国首屈一指的粒子物理实验室变身为量子科技领域的新“玩家”。据费米国家加速器实验室官网18日消息,该实验室当日宣布,将把实验室内所有量子科学项目集结在一起,成立新的费米实验室量子研究所,以利用粒子物理学专业知识和创新方法促进量子科技的发展。

      量子技术方兴未艾,可广泛应用于计算、传感、模拟和通信等领域。目前,已引得很多国家的政府和企业“竞折腰”,呈现出“千帆竞渡,百舸争流”之态势,费米实验室是最新的“弄潮儿”之一。

      50多年来,费米实验室一直处于粒子物理学和加速器技术最前沿。该实验室的科学家和工程师致力于探索并解释宇宙的奥秘,他们发现了3个基本粒子,并以最小尺度揭示了物质、能量、时空的奥秘。

      费米实验室副主任兼量子研究所所长约瑟夫·莱肯说:“我们在粒子物理学领域提出的解决方案也适用于量子科学,而且,我们正在多个领域实施这些解决方案,并取得了丰硕成果。”

      该量子研究所未来的努力方向包括:使用为超导粒子加速器而开发的技术来极大地改善量子比特系统(包括用于未来的量子计算机的系统)的性能。开发出借助纠缠粒子长距离传输信息的方法;提升可广泛应用于多个领域的量子传感器的性能,并部署它们以搜寻暗物质的“芳踪”并为我们提供有关宇宙的新见解;编写可以模拟量子计算机上亚原子相互作用的算法,这些算法也可广泛应用于物理学之外;开发使用量子计算改善数据分析和理论计算的方法。

      费米实验室量子技术负责人亚历山大·罗曼年科说:“在量子物理学、传感器研发、粒子加速器科学以及高性能计算等领域,我们已有数十年积累,拥有世界一流的专业知识。我们集结所有这些知识创建了这个独一无二的研究所。在量子科学领域,我们正面临诸多挑战,我们也致力于应对并解决这些挑战。”

  • 原文来源:http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2019-11/20/content_435145.htm?div=-1
相关报告
  • 《费米国家加速器实验室开设新的QUIET地下量子信息科学实验室》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-06-18
    • 在费米国家加速器实验室地下100米的地方,有一个新的量子传感器和计算研究中心,名为量子地下仪器实验试验台,简称QUIET。费米实验室最近打开了地下实验室的大门,这将使科学家们能够研究与宇宙辐射隔离的量子比特的性能。 作为美国首批专门的地下量子信息科学设施之一,量子信息技术研究所将支持量子信息系统应用的研究和开发。虽然QUIET有许多独特的方面,但要找到一个足够远、足够大的地下空间来容纳这样的设施是很困难的,但与费米实验室现有的基础设施非常匹配。 该项目负责人、费米实验室科学家Dan Baxter表示:“费米实验室之前在建造加速器方面的投资使其成为像QUIET这样的设施的理想地点。”。“现在,科学家们将有机会利用这个地下空间进行更先进的科学研究。” 新的最先进的实验室占地250平方英尺,有一个前室准备室,用于在进入实验室前进行材料清洁和更衣。整个设施的设置都考虑到了清洁度,以最大限度地减少干扰设备的背景源。它有一个稀释冰箱,这是在10mK温度下部署超导量子位所必需的。超导量子位用来控制和读出其量子态的射频电子学目前正在建立中。 QUIET的主要目标是了解伽马射线、X射线、μ介子和β粒子对超导量子位的影响之间的差异。量子计算中使用的超导量子位非常容易与环境相互作用,包括辐射。QUIET将使科学家能够研究从宇宙辐射中分离出来的量子位的性能。 费米实验室新兴技术实验室副主任Panagiotis Spentzouris表示:“我们需要学习如何保护量子位免受宇宙射线和高能粒子的影响,以用于量子计算应用。同时,我们必须深入了解量子位如何对这些影响做出反应,以便优化使用量子位作为传感器。QUIET正是为了做到这一点,我们预计它将在我们推进这些技术的过程中产生重大影响。”。 QUIET是费米实验室量子科学中心的两个配套测试设施之一。由橡树岭国家实验室领导的QSC是美国能源部为支持美国国家量子倡议而设立的五个国家量子信息科学研究中心之一,费米实验室是QSC的主要创始成员。 该设施是作为国家量子计划的一部分建造的。地下空间最初是费米实验室为中微子实验而挖掘的。QUIET的对应实验室LOUD位于地面上,已经运行了一年多。QUIET使用与LOUD相同型号的稀释制冷和电子设备,但具有额外的辐射屏蔽功能。 QSC总监Travis Humble表示:“这是一个相当大的成就,需要大量的幕后工作。”。“QUIET和LOUD将共同允许使用量子传感器进行受控实验,以便在宇宙射线干扰显著减少的环境与地球表面的周围环境之间进行直接比较。” QUIET和LOUD通过QSC提供资金。 费米国家加速器实验室得到美国能源部科学办公室的支持。
  • 《费米实验室利用量子技术寻找暗物质》

    • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
    • 编译者:魏韧
    • 发布时间:2019-06-27
    • 2018年10月16日,国际物理研究知名门户网站Phys.org报道,费米国家加速器实验室(Fermilab)的科学家Aaron Chou等正在利用量子技术寻找暗物质以轴子形式存在的直接证据。 几十年来,物理学家一直致力于搜寻暗物质,并提出了暗物质的几个基本粒子,包括弱相互作用大质量粒子(WIMP)和轴子(axion)。轴子的质量很轻,相当于一个电子伏特的百万分之一到千分之一。而WIMP的质量约为轴子的1万亿倍或1千万亿倍,这意味着它们足以通过偶尔撞击其他原子核产生可观测信号。为了寻找WIMP,科学家建造了装满液氙或锗晶体的探测器,如美国“桑福德地下研究设施”(SURF)开展的LUX-ZEPLIN暗物质实验,或在美国明尼苏达开展的SuperCDMS Soudan实验。但是,轴子的质量过小,不能用这种方式进行寻找。 华盛顿大学开展的“轴子暗物质实验”(ADMX)和耶鲁大学开展的HAYSTAC实验都在试图利用轴子与强磁场相遇时产生的单个光子(属于微波频率)来确认轴子的存在。这些实验利用一个强大的超导磁体在微波腔室中将轴子转化为光子。腔室可以被设置成不同的共振频率,以增强光子场和轴子之间的相互作用。但是,探测光子的放大器性能存在基本的量子限制。光子是随处可见的,这就使实验受到高度噪声干扰,必须设法将轴子产生的光子信号从微波腔室中探测到的全部信号里过滤出来。而在更高共振频率的情况下,信号与噪音的比例会逐渐变得越来越糟糕。 Aaron Chou带领的研究团队正在探索如何利用用于量子技术和信息处理的技术来解决这一问题。他们意在开发新的轴子探测器,用量子比特来十分精确地计算光子信号。在量子计算机中,信息存储在量子比特中,与只有0和1两种状态的传统计算机字节不同,量子比特可以以量子叠加的方式存在,即在粒子的双量子状态的基础上增加其他状态。这一特征可以在量子计算机中得到无数的潜在应用,物理学家刚刚开始在这方面的探索。对于传统的基于天线的探测器而言,如果要探测到由一个轴子产生的光子,就需要将光子吸收,这一过程会对光子造成破坏。而一个量子比特可以与光子多次发生相互作用,而不会使其湮灭。出于这个原因,基于量子比特的探测器将有更大的几率帮助科学家捕捉到暗物质。 在很多量子计算机中,量子比特存储在由超导材料做成的腔室中。超导体有反射率很高的内壁,能长时间困住光子,以便能对其开展运算。但Aaron Chou无法采用这种方式,因为其设计的实验中具有强磁场,会破坏超导体。近期他们正在用铜来做为替代反射器,但是铜无法将光子保存很长时间,这意味着光子难以作为信号被获取。因此Aaron Chou等正试图用低耗损的晶体开发一种能够将光子困住较长时间的材料,例如多层玻璃组成的腔室等。 Aaron Chou带领的研究团队包括来自费米实验室、美国国家标准与技术研究所(NIST)、芝加哥大学、科罗拉多大学(Colorado)和耶鲁大学的科学家,最近他们申请到了美国能源部(DOE)“量子信息科学促进发现”项目(QuantISED)资金,将在两年内获得210万美元的资助。