Quantentechnologien werden voraussichtlich in den kommenden Jahrzehnten Teil unseres Alltags werden. Forscher im aufstrebenden Bereich der Quanteninformationswissenschaft (QIS) entwickeln schnell viele dieser Technologien, darunter ultrapräzise Quantensensoren, die die Grundlagenforschung und Medizin sprunghaft vorantreiben könnten; leistungsstarke Quantencomputer zur Bewältigung unlösbarer Probleme in Finanzen und Logistik; und Quantenkommunikation, um diese Maschinen als Teil von Fernnetzen zu verbinden.
Um die Entwicklung dieser Geräte zu lenken, hat das Quantenforschungszentrum Q-NEXT einen neuen Bericht „A Roadmap for Quantum Interconnects“ veröffentlicht, der die Forschung und wissenschaftlichen Entdeckungen umreißt, die zur Entwicklung der Technologien zur Verteilung von Quanteninformationen auf 10-to-Basis erforderlich sind Zeitskala 15 Jahre.
Q-NEXT ist ein nationales Forschungszentrum für Quanteninformationswissenschaft des US-Energieministeriums (DOE), das vom Argonne National Laboratory des DOE geleitet wird.
In QIS manipulieren Forscher die Quantenmerkmale der Natur für praktische Anwendungen wie Computer. Die Roadmap soll die QIS-Gemeinschaft bei der Bewältigung der Herausforderungen und Chancen anleiten, die sich aus den Fortschritten bei QIS ergeben.
Die Roadmap konzentriert sich speziell auf Quantenverbindungen, Geräte, die Quanteninformationen zwischen Systemen und über Entfernungen hinweg verbinden und verteilen, um Quantencomputer, -kommunikation und -sensorik zu ermöglichen.
„Die Rolle von Q-NEXT und den anderen nationalen QIS-Forschungszentren des DOE besteht darin, die Wissenschaft zu betreiben, die für das Gemeinwohl nützlich ist“, sagte Supratik Guha, der die Roadmap-Bemühungen leitete und auch Chief Technology Officer von Q-NEXT ist , leitender Berater des Direktorats für Physikalische Wissenschaften und Ingenieurwesen der Argonne und Professor an der Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago. „Deshalb brauchen wir eine Roadmap. Sie erfasst die großen Herausforderungen der Zukunft und was getan werden sollte, um sie anzugehen.“
Die Roadmap umfasst drei Abschnitte, die sich auf die Verwendung von Quantenverbindungen in Quantencomputing, Kommunikation und Sensorik konzentrieren. Jeder Abschnitt identifiziert die wissenschaftlichen und technologischen Notwendigkeiten, die erforderlich sind, um den Forschungsbereich im nächsten Jahrzehnt voranzubringen; legt die von ihnen verwendeten Komponenten und Systeme dar; wirft Fragen auf, die von der Community angegangen werden müssen; und skizziert die notwendigen Entwicklungen, um die Technologie zum praktischen Vorteil zu machen.
„Bis vor kurzem ging es bei der Quanteninformationsforschung hauptsächlich um die Wissenschaft. Jetzt, insbesondere in den letzten zehn Jahren, ist das Interesse daran gestiegen, die Wissenschaft in Technologie umzuwandeln“, sagte Guha. „Wir haben versucht, nicht vorschreibend zu sein, aber wir sagen, was passieren muss, um die Technologien zu entwickeln. Wir haben versucht, Bereiche der Wissenschaft zu identifizieren, die vorangebracht werden müssen, und technische Herausforderungen zu beschreiben, die angegangen werden müssen.“
39 Experten aus 15 Institutionen aus den nationalen Labors, Hochschulen und der Industrie haben zu dem Bericht beigetragen.
„Die Roadmap war eine hervorragende Möglichkeit, Wissenschaftler und Ingenieure, industrieorientierte und akademisch orientierte Menschen zusammenzubringen, um alle Standpunkte darzulegen und von den Perspektiven der anderen zu lernen“, sagte Guha.
„Wir gehen davon aus, dass diese Roadmap ein Leitfaden für die globale QIS-Community sein wird, wenn wir brauchbare Quantentechnologien konzipieren und entwickeln“, sagte Jennifer Dionne, Co-Autorin des Berichts, eine der Leiterinnen der Q-NEXT-Kollaboration und Professorin an Universität in Stanford.
„Die Roadmap vereint die Erkenntnisse von Experten aus einem breiten Spektrum von Disziplinen. Wir hoffen, dass sie eine integrierte Sichtweise bietet, um die Strategien nationaler Wissenschaftsagenturen, Hochschulen und Industrie zu informieren, wenn sie in dieses aufstrebende Gebiet investieren.“
Mehr Informationen:
David Awschalom et al, A Roadmap for Quantum Interconnects, Energiebehörde (2022). DOI: 10.2172/1900586