您能分享一下自己到目前为止的科研经历吗?
我在维也纳工业大学获得了物理学学位,同时通过参加交换生项目,我在乌普萨拉大学取得了第二学位。之后我又在维也纳工业大学原子和亚原子物理研究所 (Atominstitut) 的 Helmut Rauch 的指导下攻读中子物理学博士学位。虽然中子是完美的自旋 1/2 粒子,非常适合研究量子信息处理中的基本问题,但它们之间的相互作用不大;因此,我在获得博士学位后便将研究重点转向了超导量子比特,还加入了苏黎世联邦理工学院 (ETH Zurich) 的 Andreas Wallraff 率领的团队,担任博士后研究员,后来成为高级研究员。之后我就职于 IBM,先是去了美国 Yorktown Heights 的 T.J. Watson Research Center 研究中心,后来又回到欧洲,进入瑞士的 IBM 苏黎世研究实验室。在那里,我带领实验团队开展超导电路以及可调耦合器和最优控制等主题的研究。2020 年,我加入了慕尼黑工业大学 (TUM) 和 Walther-Meißner Institute (WMI) 研究所。
您是慕尼黑 WMI 研究所的主管,也是其量子计算和信息处理部的负责人。该研究所在欧洲——具体来说是德国——的量子领域扮演着什么角色?
WMI 是一家专注于低温物理学、低温学和超导性的研究机构,拥有悠久的历史传统,立于技术与研究的交汇点。我们积极参与新项目——如慕尼黑量子谷——加强在量子计算和技术方面的投入。该量子计算机项目的目标是在巴伐利亚州建造量子计算机演示机。这一举措与德国国家层面的量子技术投资密切相关:我们也参与了由德国联邦教育和研究部 (BMBF) 资助的 MUNIQC-SC 项目,该项目旨在推动量子计算机的普及,并建造高达 100 个量子比特的量子处理器。
WMI 目前有三位主管:Rudolf Gross 领导研究所已有 20 多年,专注于量子科学、超导性和磁学研究。2020 年,我加入了他的团队,主攻量子技术,最近 Peter Rabl 和他的量子理论小组也加入了我们。这个组织为我们提供了良好的环境和条件,帮助我们将实验和理论技能相结合,深入了解量子技术背后的科学原理,并运用这种方式将其应用到工业实践中。
您能介绍一下你们小组目前的研究方向吗?
我们主要研究控制系统、软件和制造,以期扩大量子计算机的规模并开创新的概念。为此,我们在控制系统和软件方面与瑞士苏黎世仪器等专业公司和组织合作,并与弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer)和英飞凌(Infineon)携手开展微制造项目。我们的愿景是将所有工艺相融合,制造出一台更具可扩展性、可靠性和稳健性的量子计算机,以满足行业需求。
现在看来,我们研究所不太可能制造出 10,000 个量子比特的设备,但我们确实希望能够开发出实现这么多量子比特所需的技术,帮助推动达成这一愿景。例如低温控制和复用技术,以及旨在消除二能级系统或准粒子的材料研究,它们是导致实验不可复制的主要原因。
在您看来,这个领域在哪方面最有前景?
除了将多量子比特设备用于量子计算和研究量子物理本身之外,有一点特别值得期待,就是探索如何借助制造技术的进步,将不同的系统结合在一起。我们在技术方面有两个目标,一是要将控制电路的各个部分整合到量子处理器芯片上;另一个是打造混合系统,例如引入半导体组件用于量子存储器和量子换能器。探索这些量子系统相互作用所产生的物理效应,能够为我们带来了很多研究机会。
还有一个研究方向是使用全系统范围的反馈来创建规模更大的量子态,这将为计量学或量子纠错开辟新的可能性。大规模纠缠态对波动非常敏感,而我们实际上希望在量子计算中避免波动,但了解这些量子资源如何对其他应用产生助益也是一个非常重要的目标。
您是苏黎世仪器量子计算控制解决方案的用户,这些仪器和软件对你们团队的实验起到了什么帮助?
苏黎世仪器的系统有一个特点,它非常灵活,不仅仅是支持某个特定量子计算程序,而且在这种灵活性的基础上还能够实现扩展和多通道同步。要按照研究路线图不断向前推进,与一家志同道合的公司保持合作是非常重要的,我们都在努力探寻同一个问题的答案,那就是:高保真的可扩展设备需要什么?
我还要补充一点,最有价值的方面在于双方有着共同的追求,都希望更快建造出更大的量子计算机,而要实现这个目标就需要更大的设备、更先进且更直观的控制能力,或者是性能更出色的仪器。
感谢您接受我们的采访并分享宝贵的见解。