Блог

Jun 26, 2023

NSF поддерживает Quantum

Новое поколение датчиков однажды позволит врачам выявлять инфекции внутри отдельных клеток, а геологам — находить подземные залежи полезных ископаемых, не поднимая лопаты. Внедрение таких инноваций

Новое поколение датчиков однажды позволит врачам выявлять инфекции внутри отдельных клеток, а геологам — находить подземные залежи полезных ископаемых, не поднимая лопаты. Воплотить такие инновации в жизнь — цель 18 исследовательских групп, поддержанных инвестициями в размере 29 миллионов долларов от Национального научного фонда США. Цель состоит в том, чтобы использовать бесконечно малые – а иногда и парадоксальные – квантовые свойства природы для создания новых возможностей в человеческом масштабе.

В состав 18 команд входят исследователи из университетов США, которые боролись и выиграли финансирование в рамках программы NSF «Задачи квантового зондирования для трансформационных достижений в квантовых системах». Каждая команда получит 1-2 миллиона долларов в течение четырех лет на проведение исследований, использующих квантовые явления, такие как запутанность (когда некоторые свойства двух или более отдельных частиц невидимо связаны), для создания датчиков, которые могут делать вещи, которые в противном случае были бы невозможны. . Совместно команды проведут широкий спектр исследовательской деятельности: от измерения высоты и плотности гор с помощью сверхточных атомных часов до выявления внутренних функций живых клеток с помощью квантово-запутанных частиц света.

«На протяжении десятилетий научные исследования в квантовом масштабе приводили к удивительным открытиям о том, как работает наша Вселенная, а также к заманчивым возможностям для квантовых технологий», — говорит директор Национального научного фонда Сетураман Панчанатан. «Сейчас мы делаем следующий шаг в квантовых исследованиях посредством этих и других проектов, которые сочетают фундаментальные исследования с потенциальными приложениями, которые могут положительно повлиять на нашу жизнь, наше экономическое процветание и нашу конкурентоспособность как нации».

Новые проекты являются частью более широкой стратегии NSF по реализации научных и технологических достижений, предусмотренных в «Законе о национальной квантовой инициативе» 2018 года и, в частности, в отчете Национального совета по науке и технологиям о внедрении квантовых датчиков в 2022 году.

В состав исследовательских групп входят две из штатов, участвующих в установленной программе NSF по стимулированию конкурентных исследований (EPSCoR), которая обеспечивает финансирование тех регионов США, которые исторически получали меньше федерального финансирования на исследования, чем другие. Помимо исследовательских университетов, в состав команд также входит один из новых исследовательских институтов. Все команды будут проводить образовательную и информационно-просветительскую деятельность наряду с исследовательской и опытно-конструкторской работой. Эти мероприятия включают программы K-12 для студентов и преподавателей, партнерство с местными колледжами и другие программы наставничества, направленные на то, чтобы вдохновить студентов продолжить карьеру в области квантовой науки и техники.

Компактные и надежные квантово-атомные датчики для измерения времени и инерциального измерения (Университет Висконсин-Мэдисон)

Команда будет использовать фотонные технологии и ультрахолодные атомы для создания портативных акселерометров и атомных часов, которые будут достаточно прочными, чтобы их можно было использовать в суровых условиях, таких как космос, или в транспортных средствах, где GPS недоступен.

Разработка квантовых сенсоров с гелием-4 с использованием 2D материалов (Университет Невады, Рино)

Команда создаст мембрану с порами атомного масштаба, чтобы создать слабое звено, известное как джозефсоновский переход, между резервуарами сверхтекучести (жидкости с нулевой вязкостью), чтобы исследовать, как квантовые свойства сверхтекучести могут обеспечить новые сверхточные измерения давления, гравитации, вращение и ускорение.

Распределенная запутанная интерферометрическая визуализация с квантовым усилением для телескопов и метрологии (Университет Орегона)

Команда создаст ключевые компоненты для квантово-усовершенствованного телескопа, который использует запутанные фотоны для поддержки интерферометрии со сверхдлинной базой, чтобы улучшить визуализацию астрономических объектов и дистанционное зондирование.

Распределенное квантовое зондирование химического состава атмосферы и аэрозолей (Калифорнийский университет, Лос-Анджелес)

Команда будет использовать распределенное квантовое зондирование с запутанными состояниями света и новые методы квантовой спектроскопии, чтобы выйти за пределы «стандартного квантового предела» для дистанционного зондирования атмосферных составляющих, таких как аммиак, оксиды азота и органические гидропероксиды.