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阿贡的研究人员已经演示了一种芯片上的量子电路,并实现了超导谐振器和磁性设备之间的强耦合。这项早期的研究为研究量子信息处理提供了一个新的平台。图片来源:艾伦·韦斯/阿贡国家实验室
阿贡的研究人员已经演示了一种芯片上的量子电路,并实现了超导谐振器和磁性设备之间的强耦合。这项早期的研究为研究量子信息处理提供了一个新的平台。图片来源:艾伦·韦斯/阿贡国家实验室

文摘:
阿贡和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校之间的一个能源部门资助的项目探索耦合磁和微波的量子发现。vwin徳赢官网

利用磁铁来压制量子信息中的噪音

2021年9月9日,阿尔贡

美国能源部(DOE)最近资助了美国阿贡国家实验室和伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)的一个量子信息科学新项目。阿贡团队将为该项目带来超导和磁性系统耦合方面的专业知识。伊利诺伊大学香槟分校的团队将为量子系统开发新的磁性材料贡献其世界级的能力。

量子信息科学为科学家提供了新的、不同的方式来处理和操纵信息,用于传感、数据传输和计算,Argonne材料科学部的高级科学家Valentine Novosad说。UIUC是我们在这一领域实现突破性发现的完美合作伙伴

在量子信息科学这一新兴领域中,微波可能扮演着重要的角色,因为它们的物理特性使它们能够在接近绝对零度(零下460华氏度)vwin徳赢官网的温度下提供所需的量子功能,这是必要的,因为热量会在量子操作中产生错误。然而,微波很容易受到噪声的影vwin徳赢官网响,噪声是一种干扰信号和数据传输的无用能量。

量子信息科学为科学家们提供了新的、不同的处理和操纵信息的方法,用于传感、数据传输和计算。�Valentine Novosad,材料科学部。

该研究小组将探索磁子是否可以与微波光子合作,以确保微波只能在一个方向上传播,从而从根本上消除噪声。vwin徳赢官网磁子是磁体的基本激励。相比之下,微波光子是由电子激发产生的vwin徳赢官网波,就像在微波炉中那样。

阿贡的科学家们将在他们早期努力的基础上,创建一个集成磁性元件的超导电路。磁子和光子通过这个超导装置相互交流。完全没有电阻的超导性允许磁子和微波光子在接近绝对零度时耦合。vwin徳赢官网

这种能力为操纵量子信息提供了独特的机会,来自Argonne材料科学部门的博士后李毅解释道。

在过去,阿贡在超导探测器和传感器的发展中发挥了重要作用,以了解宇宙的最基本的水平。我们将从这些在宇宙学和粒子物理学方面非常成功的项目中获得的宝贵知识中受益。

伊利诺伊大学香槟分校的研究人员将寻找能在超低温下工作的磁铁。他们将测试已知的和新的材料系统,以找到能够处理超冷环境并在真正的量子设备中运行的候选材料。

�许多磁铁在室温下与微波工作得很好,阿克塞尔·霍夫曼说,他是美国伊利vwin徳赢官网诺伊大学香槟分校工程学的创始人教授,也是这个项目的负责人。我们需要一种材料,这种材料在更低的温度下也能很好地工作,并且可以完全改变它们的性质

霍夫曼说:“如果我们在这三年内取得成功,我们将拥有直接与量子电路集成在一起的磁性结构。”这项工作也可以应用于传感和通信的非量子设备,如Wi-Fi或蓝牙技术

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这个新项目是阿贡大学和伊利诺伊大学香槟分校如何引领量子未来的另一个例子。Argonne不仅在其大型QIS项目组合中进行跨学科研究,而且还领导Q-NEXT,美国能源部于2020年8月成立的五个QIS研究中心之一。类似地,UIUC通过伊利诺伊量子信息科学与技术(IQUIST)中心支持大量的量子信息项目,如Q-NEXT。

美国能源部基础能源科学办公室为这个为期3年的项目提供了420万美元的资金。早期的阿尔贡超导装置研究是由美国能源部核物理和高能物理计划资助的。

除了Hoffmann、Li和Novosad,团队成员还包括伊利诺伊大学香槟分校的Wolfgang paff、Andr�Schleife和Jian-Min Zuo。

部分改编自伊利诺伊大学香槟分校的新闻稿。

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关于阿贡国家实验室
阿贡国家实验室寻求解决紧迫的国家科学技术问题。作为国家的第一个国家实验室,阿贡在几乎每一个科学学科中进行前沿的基础和应用科学研究。阿贡大学的研究人员与来自数百家公司、大学、联邦、州和市政机构的研究人员密切合作,帮助他们解决具体问题,提高美国的科学领导地位,为国家的更美好的未来做准备。拥有来自60多个国家的员工,Argonne由芝加哥大学Argonne有限责任公司为美国能源部科学办公室管理。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大单一支持者,并致力于解决我们这个时代的一些最紧迫的挑战。欲了解更多信息,请访问https://energy.gov/science。

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