As tecnologias quânticas - simuladores e computadores especificamente - têm o potencial de revolucionar o século 21, desde sistemas de defesa nacional aprimorados até a descoberta de drogas, até sensores e redes de comunicação mais poderosos.

Mas o campo ainda precisa fazer grandes avanços antes que a computação quântica possa superar as ferramentas existentes para processar informações e cumprir sua promessa.

Uma equipe de pesquisa multidisciplinar liderada pela Columbia University está em posição de trazer a tecnologia quântica do laboratório para aplicações do mundo real.

A equipe recebeu um prêmio do Acelerador de Convergência da National Science Foundation (NSF) de US $ 1 milhão para construir um simulador quântico, um dispositivo que pode resolver problemas difíceis de simular em computadores clássicos. O projeto inclui físicos, engenheiros, Cientistas da computação, matemáticos, e educadores da academia, laboratórios nacionais, e indústria.

"Este financiamento nos permitirá desenvolver o conceito de um simulador quântico que pode ajudar a enfrentar os desafios do mundo real, "disse Sebastian Will, professor assistente de física na Universidade de Columbia e investigador principal do projeto. "Para isso, reunimos uma equipe diversificada que inclui especialistas em física atômica, fotônica, eletrônicos, e software, bem como futuros usuários da plataforma. "

A National Science Foundation lançou seu programa Convergence Accelerator, uma nova estrutura única para a NSF e o governo federal, em 2019 para ajudar na rápida transição de pesquisas e descobertas, alinhando-se com as "Grandes Idéias" da NSF à prática. Em 2020, a NSF continua a investir em duas áreas de pesquisa transformadora de importância nacional:tecnologia quântica e inteligência artificial.

Columbia é uma das 11 instituições em todo o país a receber o prêmio Phase One Convergence Accelerator por tecnologia quântica. Esses prêmios apóiam o National Quantum Initiative Act aprovado em 2018 para acelerar o desenvolvimento de aplicações de ciência quântica e tecnologia da informação. O Congresso dos EUA autorizou até US $ 1,2 bilhão em financiamento de pesquisa para a ciência da informação quântica, incluindo computação.

A esperança de construir um computador quântico com potencial para resolver problemas aparentemente intratáveis ​​em muitos setores e aplicações diferentes depende do controle de sistemas quânticos microscópicos com precisão cada vez maior para colocá-los para trabalhar em tarefas de computação.

Com esta concessão, a equipe da Columbia desenvolverá conceitos de hardware e software para construir um simulador quântico versátil baseado em matrizes ordenadas de átomos. O grupo irá armazenar informações quânticas em átomos individuais e programá-los para realizar simulações quânticas. Além de desenvolver o dispositivo, o plano é torná-lo acessível a uma ampla base de usuários por meio da computação em nuvem.

Nos próximos nove meses, as equipes do Acelerador de Convergência da coorte de 2020 trabalharão para desenvolver seu conceito inicial, identificar novos membros da equipe, e participar de um currículo com foco em design, ciência da equipe, preparação do arremesso, e coaching de apresentação. Depois de desenvolver um protótipo, as equipes participarão de uma competição de pitch e avaliação de propostas. As equipes selecionadas para a fase dois serão elegíveis para financiamento adicional:até $ 5 milhões em 24 meses.

No final da fase dois, espera-se que as equipes forneçam soluções que impactem as necessidades sociais em escala.

"A tecnologia quântica e os dados impulsionados pela IA e os tópicos de compartilhamento de modelos foram escolhidos com base na contribuição da comunidade e identificaram as prioridades federais de pesquisa e desenvolvimento, "disse Douglas Maughan, chefe do programa NSF Convergence Accelerator. "Esta é a segunda coorte do programa, e estamos entusiasmados por essas equipes usarem a pesquisa de convergência e fundamentos centrados na inovação para acelerar as soluções que têm um impacto social positivo. "

A equipe do projeto do simulador inclui colaboradores da Universidade de Columbia, principal investigador Sebastian Will, co-investigadores principais Alex Gaeta e Nanfang Yu, e outros; Brookhaven National Lab, co-investigadoras principais Layla Hormozi e Gabriella Carini, e outros; Universidade da Cidade de Nova York; Flatiron Institute; e parceiros da indústria da Atom Computing, QuEra, IBM, e Bloomberg.