エヴァン・クレイプとキャシー・F・アトキンソンによる写真

量子技術の進歩、人材育成を支援するUD

小さな科学 — 量子科学と、1 つの原子または光の 1 つの光子のような小さな粒子の巧みな操作 — は、大きな技術革命を推進しています。 デラウェア大学の博士課程の学生である Nazifa Tasnim Arony は、その一部になりたいと考えています。

「私は常に量子科学の複雑で神秘的な分野に魅了されてきました」と、バングラデシュのラジシャヒ出身の Arony 氏は述べています。

Arony は UD の材料科学工学科の博士課程の 2 年目にあり、量子技術用の新しい種類の材料を開発する業界でのキャリアの準備をしています。 それらは、IBM、Intel、Microsoft、Google などの企業が革新を求めて競争している強力な量子コンピューターから、人間の細胞内のがんやその他の病気の分子を検出するための非常に微細なセンサーまで、さまざまな次世代エレクトロニクスに組み込まれる可能性があります。

デラウェア大学は、この技術変革の最先端にあり、最近、米国で量子科学と工学の最初の学際的な大学院学位プログラムの 1 つを開始し、理学修士号と博士号の両方を提供しています。 現在、UD は、全米科学財団からの多額の資金提供のおかげで、ニューメキシコ大学が同様のプログラムを設立するのを支援します。

NSF の確立された競争的研究を刺激するプログラムからの 400 万ドルの助成金は、両大学の研究者を集めて、量子コンピューターやその他のデバイスの構築に不可欠な量子フォトニック技術の基礎を築くものです。

ニューメキシコ大学の電気工学およびコンピューター工学の教授であり、ニューメキシコ EPSCoR のディレクターである Ganesh Balakrishnan 氏は、この助成金の主任研究員を務めています。 材料科学および工学の教授であり、UD の量子科学および工学プログラムのディレクターである Matthew Doty 氏が、UD 側の協力を主導します。

この新しい EPSCoR 助成金が開始されると、量子コンピューターはすでに構築されています。 しかし、これらは黎明期であり、この技術には多くの未知の要素と独自の要求があります。 現在、IBM には 65 ビットの量子コンピューターがあり、同社は 2023 年までに 100 キュービットのコンピューターを稼働させる計画を発表しています。しかし、Doty 氏によると、このコンピューターは非常に低い温度 (-273°C) でしか動作しません。また、チップ上のキュービット数をスケールアップするには多くの課題があります。

光は、商業生産のための量子技術の規模を拡大する上で重要な要素です。これは、光の単一粒子 (光子) が、チップ上のキュービット間または異なる量子デバイス間で量子情報を送信し、「量子インターネット」を効果的に作成できるためです。

NSF の助成金を通じて、研究チームは、量子フォトニック エミッターの生産のための製造プラットフォームを作成するための材料と方法を開発します。 これらの LED のようなデバイスは、単一光子を生成するか、光子を受信して​​、将来の使用のために量子情報を保存できます。 エミッターには予測可能で信頼性の高い特性が必要であり、マイクロチップ上のエミッターの位置を正確に制御して、チップ上の何千もの他のキュービットと統合できるようにする必要があり、材料とデバイスをスケーリングできるように設計する必要があります。産業用まで。 今後 4 年間、チームはこれらの課題に取り組みます。

未来への飛躍的な飛躍に関心のある学生には、探索すべき無限の質問と構築への道があります。 そのパフォーマンスをどのように調整しますか? また、量子システムの構築と維持に必要な新しいインフラストラクチャをどのように作成しますか?

量子科学および工学における UD のカリキュラムは、量子力学と量子情報処理の基本概念を学生に迅速に紹介し、分野間のコラボレーションを促進する共有語彙と知識ベースを確立し、学生が参加するときに必要な専門的スキルを備えたトレーニングを行うように設計されています。労働力。 実践的なプロジェクトベースの学習を最大化するために開発されたカリキュラムにより、学生は、半導体ナノファブリケーションツールから高性能コンピューターまで、最先端の機器を使用するように訓練されます。 学生は、ナノファブリケーション施設、先端顕微鏡および微量分析のためのケック センター、先端材料キャラクタリゼーション研究所、材料成長施設、およびナノファブリケーション教育研究所などの UD 研究および教育施設で働きます。

研究における彼女の役割として、Arony は、分子線エピタキシーを使用して、さまざまな化合物から原子の流れを層ごとに敷設する、材料成長施設での実験で忙しくなります。

「草の成長は遅いですが、各層に存在する原子の種類を正確に制御できる非常に純粋な材料が可能になります。これは、量子エミッターで目的の光学特性を作成するために不可欠です。」



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