iquist testbed站立量子计算处理器
IQuist（伊利诺伊州量子信息科学技术中心）的研究与培训计划领导着更广泛的校园，州和国家投资，以发展量子研究和发展部门。
Siv Schwink
用于伊利18新利在线娱乐官网新利足球诺伊州物理学
在Grainger工程学院的Iquist量子测试床上，研究人员的合作很难根据当今的领先量子位（Qubit）技术来组装量子处理器，这是刺激的电路和被困的原子离子。
最先进的IQuist量子测试床由伊利诺伊州物理学教授Wolfgang Pfaff和Brian DeMarco18新利在线娱乐官网新利足球领导，并将探索杂交量子硬件并将其扩展到高性能系统的新颖方法。
伊奎斯特（Iquist）（伊利诺伊州量子信息科学技术中心）于2018年成立，旨在将UIUC的多样化专业知识汇集起来，以加速量子科学和技术的发展，以培训为伊利诺伊州和国家，伊利诺伊州和国家的量子准备工作，并与行业建立战略合作伙伴关系，以开发新兴量子技术的强大供应链。尽管量子计算的研发在行业中的存在日益增长，但仍有许多开放的科学和技术问题，这些问题仍然由学术实验室最好地解决。Iquist量子测试床为量子专家提供了一个地点，以协作解决问题，甚至与行业合作伙伴合作。
DeMarco评论说：“ IQuist Testbed设施的目的是为跨学科研究和教育构建和测试小型量子处理器。我们正在计划将研究人员从伊利诺伊州领先计划的各个阶段汇集在一起，包括计算机科学，电气和计算机工程，物理，材料科学，数学等。”
当前的计划是让学生通过量子计算类访问Iquist量子测试，他们编写和运行小量子程序。Iquist欢迎当前和未来的行业合作伙伴一旦运行，就可以利用其开发的设备。
该计划将在多年中推出。但是首先，团队必须构建和测试利用量子力学以新方式处理信息的设备。这些处理器的核心是量子（而不是位），可以将信息存储为0，A 1或作为0和1的叠加。叠加以及纠缠是使量子计算启用量子计算的量子特征比传统的高性能计算机更有效地解决某些问题。
The trapped-ion architecture is led by DeMarco, who is also the director of the National Science Foundation’s Quantum Leap Challenge Institute for Hybrid Quantum Architectures and Networks (QLCI–HQAN), and, along with IBM project manager Kayla Lee, is co-lead of the quantum information thrust of the newly launched IBM–Illinois Discovery Accelerator Institute (IIDAI). DeMarco’s team uses strontium atoms as qubits. A primary goal of the NSF QLCI HQAN research program is to investigate distributed quantum information processing architectures and protocols. These systems employ not just one kind of quantum hardware or qubit—instead quantum information is stored, manipulated, and processed using different modalities. Currently, the IQUIST quantum testbed researchers are focusing on trapped-ion and superconducting hardware as the first step.
18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理学教授布莱恩·德马科（Brian DeMarco）与研究生Will Christopherson（中心）和Mari Cieszynski（右）会面。
DeMarco解释说：“在被困的离子量子处理器中，一系列单个原子被金属和玻璃外壳内的电场悬挂，该电场被撤离以提供与环境隔离的隔离。每个原子都存储一个可以在量子计算中使用的量子。与其他技术相比，被困离子的优势是没有制造变化 - 某种物种的每个原子和同位素都是相同的。”
在被困的离子系统中，尖端激光系统会生成冷却离子并控制每个量子的状态的光。通过使用可以检测单个光子光子的相机拍摄原子图片来读取信息。
DeMarco继续说：“小量子处理器或寄存器将通过捕获芯片陷阱单独区域的5至10个原子的组形成。”“该芯片大约是一厘米宽，并使用马萨诸塞州理工学院林肯实验室的合作者使用CMOS技术处理技术制造，这是美国国防部赞助的联邦资助的研究和发展中心。量子寄存器在芯片上用100微米分开，这大约是人毛的直径。”
DeMarco说，通常在单个处理器上执行的量子算法通过量子纠缠在Qubit寄存器上分布。
DeMarco补充说：“几乎没有探索这种量子计算的分布式方法。”“我们的目标是了解如何制定新的协议来安全信息传输和处理，并衡量该技术的潜在优势。”
在测试床实验室的单独房间中，PFAFF领导着一个设计，建造和测试超导量子电路的团队。
PFAFF解释说：“我们正在开发的超导量子电路是与Wi-Fi相似的振荡器，其频率范围在几吉赫兹的频率范围内产生。它们与强大的工具凝结物理学家配对，用于研究称为约瑟夫森交界处的超导性。”
18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理学教授Wolfgang Pfaff与博士后研究员XI CAO（右）和研究生David Ding在Iquist Testbend合作。
伊利诺伊州的研究生Michael Mollenhauer（左）在与Iquist Testbed的伊利诺伊州物理学本科生Shreyans Jain（中心）和研究生Abdulla Irfan交谈时，记下了超导量子处理器。新利足球18新利在线娱乐官网
L. Brian Stauffer的照片，伊利诺伊大学Urbana-Champaign
超导体是开发量子电路的有前途的材料，因为它们具有零电阻的电流，这意味着电流可以流动而不会损失。PFAFF解释说，约瑟夫森连接电路就像超导线上的旋转门，使研究人员能够阻碍和控制电子流，一次只允许一对。
PFAFF继续说：“约瑟夫森连接是我们系统的量子元素。该组件不存在于常规电路中，该电路由电阻，电容器和电感器组成。”
借助约瑟夫森交界处，研究人员可以建立特殊的电路，这些电路模仿具有两个不同状态的原子，类似于原子Qubits，请存储量子。
PFAFF表示，量子计算中超导电路的优势是，它们可以像制作的常规计算机微芯片一样在芯片上印刷，尽管它们会稍大一些。但是一个障碍是制造相同的芯片，这是可扩展量子计算的关键要素。由于这种精度是一个未解决的问题，PFAFF的研究项目着重于创新错误纠正策略的发展，这些策略将减轻芯片的分钟差异。
PFAFF指出：“在量子计算中，Qubits必须比经典计算中要精确得多，如果那样的话，误差幅度不超过一百万分中的一个。”“因此，最大的挑战是制作芯片，这些芯片在该准确性的规范之内。我的团队将专注于如何组装电路以适应量子位之间的差异。”
UIUC团队正在追求与不直接连接的量子位之间的缩放策略，以至于它们可以放在单独的芯片上。UIUC团队不会通过控制量子位相互作用来执行量子计算，而是将其Qubits通过传播线路传播的信号配备量子通信链接。这样，如果可以交换信号，仍然可以一起使用可能被认为不兼容的量子机。
DeMarco还强调了这两个实验的可伸缩性的重要性：“我们的团队正在追求一种模块化方法进行量子处理。这种新颖的方法将扩展到较大的量子计数和新应用程序反映现代高性能计算体系结构。”
除了当前的两种实验方法外，位于工程科学大楼地下室的Iquist量子测试床还设有一个控制中心，该控制中心将用于操作测试台。它最终将结合物理教授Paul Kwiat目前正在开发的多节点跨校园量子网络。Iquist计划最终将该量子网络连接到跨越大都会芝加哥地区的伊利诺伊州快递量子网络（IEQNET）。
Iquist量子测试床还设有一个机械车间，用于制造和设计机械和电子组件，以支持实验。根据DeMarco的说法，Iquist测试床的研究人员还与当地公司合作，包括Champaign的Wagner Machine Company，以补充内部功能并帮助开发国家量子供应链。
IQuist执行董事Emily Edwards评论说：“ IQuist的使命是通过创新，转化研究和教育来推进量子科学和技术。量子测试床例证了这一点，我们希望在未来几年内扩大规模和能力的设施。”
Iquist Testbed团队的笔记
18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理博士后研究员xi cao
超导量子处理器团队
“在Iquist Testbed工作一直是一次很棒的经历。我喜欢我们可以轻松地与其他具有不同背景的实验室的人进行互动。成为Iquist混合量子研究的一部分令人兴奋。我渴望学习我能力的一切，甚至超出了超导量子电路。作为新的博士后，我也在这个角色上成长，与年轻学生在一个大项目中进行教学和合作。这种经历对于作为博士后的成功和有一天作为教授而言是无价的。”
18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理研究生ÁleBaptista
超导量子处理器团队
“我一直喜欢将我们的工作视为专门从事量子信息的夫妻商店。规模很小，但是对细节和自主权的关注使工作变得更加个人化和有意义。我们参与了从纳米级制造到超导理论再到Linux最佳编码实践的一系列技术领域。我什至做了一些基本的真空管道！看到我为实验室学到的一系列技能，并令人兴奋地看到我能学到的东西，这是令人满意的。我的重点是为我们的样品开发制造食谱。在制作了行业规模的半导体制造业的一小部分之后，它一直在谦卑和赋予我们较小运营的制造业各个方面的能力。与其他学生一起工作以建立最佳实践，并使我们的样本在我们的低温设置中工作可能具有挑战性。但是，当它确实有效时，个人成就和独立的感觉是无与伦比的。”
18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理研究生Michael Mollenhauer
超导量子处理器团队
“尽管我在寻求改善量子信息传输的过程中已经充分了解了我们奇怪的量子世界，但在这个实验室中，我教会了我，不仅仅是科学知识，还可以从成为实验物理学家中获得。无论是组装小型电源还是进入洁净室以开发带状谐振器，我知道我所做的所有这些东西都将成为我博士学位的基础。感到有意义。最后，在优秀顾问的指导下，与出色的实验室伴侣合作，向我展示了成为更好的研究生和研究人员意味着什么，他们给了我动力，可以帮助我将实验室塑造成令人难以置信的东西。”
18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理研究生威尔·克里斯托夫人
被困的原子离子量子处理器团队
“在测试床上工作的最喜欢的方面是我可以取得进步的多种方式：我可以通过使用光学，信号处理和电子设备练习动手技能来无休止地循环，甚至可以加工和管道。但是我也有一个理论，设计和沟通中的主题清单，以学习和实践，这有助于处理障碍并避免倦怠。我在科学应用程序中的主要兴趣之一是那些允许共享经验并将其挣扎，思想和价值观的人联系起来的发展。为此，QIS在通讯和材料科学方面的广泛而令人兴奋的前景使我在Iquist无价的技能中获得了我在研发中的漫长旅程。”
18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺伊州物理研究生Mari Cieszynski
被困的原子离子量子处理器团队
“构建量子信息实验对我来说是非常有益的。在这个实验过程中，我在追求迷人的研究目标的同时扩展了技能，知识和兴趣。我认为这种经历将是我未来职业的壮观垫脚石：我有信心我会因为知识和好奇而离开，以启动富有成果的职业。”