费米实验室新设！新QUIET实验室可隔离宇宙射线对量子比特的干扰

作为美国首批专用的地下量子信息科学设施（Quantum Information Science，简称QIS）之一，QUIET将支持QIS应用的研究和开发。

QUIET实验室开幕

这个新的、可谓最先进的实验室占地250平方英尺，设有一个前室准备室，用于在进入实验室前清洁材料和穿戴实验服。整个设施都以清洁为考虑，力求最小化对设备的干扰。它配备了一个稀释制冷机，这对于在10mK温度下部署超导量子比特是必要的。目前正在安装用于控制和读取超导量子比特量子状态的射频电子设备。

QUIET的主要目标是了解伽马射线、X射线、μ子和β粒子对超导量子比特的影响差异。在量子计算中使用的超导量子比特非常容易与其环境发生相互作用，包括辐射。QUIET将使科学家能够研究隔离于宇宙射线的量子比特的性能。

在费米实验室举行的RISQ研讨会

“辐射对超导量子比特的影响”研讨会与QUIET实验室开幕同时在费米实验室举行。这是首次将更广泛的量子信息科学和粒子物理社区聚集在一起，评估辐射和宇宙射线对固态超导量子比特的影响。

“我们需要学习如何保护量子比特免受宇宙射线和高能粒子对量子计算应用的影响。同时，我们必须详细了解量子比特如何响应这些效应，以优化使用量子比特作为传感器。QUIET的设计正是为了做到这一点，我们期望它在我们推进这些技术时产生重大影响，”费米实验室新兴技术副主任Panagiotis Spentzouris说。

QUIET是费米实验室两个量子科学中心配套测试设施之一。由橡树岭国家实验室领导的量子科学中心，是美国能源部国家量子信息科学研究中心之一，旨在支持美国的国家量子计划，费米实验室就是量子科学中心的主要创始成员。该设施是作为美国国家量子计划的一部分建造的。

QUIET的对应实验室名为LOUD，位于地面之上，已经运行了一年多。QUIET使用与LOUD相同的稀释制冷和电子设备模型，但QUIET增加了辐射屏蔽。

“这是一个相当大的成就，需要幕后大量的工作，”量子科学中心主任Travis Humble说。“QUIET和LOUD将共同允许对量子传感器进行控制实验，以便减少宇宙射线干扰。”

费米实验室助力量子技术研发

费米国立加速器实验室，简称费米实验室，是隶属于美国能源部的一所国家实验室。费米实验室是美国最重要的物理研究机构之一，其主要探索领域为高能物理学，拥有世界上第二高能量的粒子加速器。在量子领域，费米实验室是美国量子技术布局的重要研究单位。

Joseph Lykken

“正是这些专业知识让费米实验室成为量子科学领域的领导者，”费米实验室研究副主任兼费米实验室量子研究所所长Joseph Lykken表示。“我们在粒子物理工作中遇到的问题的解决方案也适用于量子科学，我们已经在多个领域实施了这些解决方案，并取得了巨大的成果。”

2022年，费米实验室的研究人员宣布他们在建造Colossus——它在将来会成为迄今为止mK温度下最大、最强的稀释制冷机。费米实验室表示，“Colossus建成后将它将提供5立方米的空间，并将组件冷却到大约0.01 K。这是标准商业稀释制冷机的10倍冷却能力和15倍体积。”标准稀释制冷机约0.4-0.7立方米，黄金眼为1.7立方米，仅为Colossus的三分之一。截至2023年7月，该系统的设计已经完成并通过了审查，目前正在进行建设。

2023年，费米实验室举行了新的旗舰量子研究设施“量子车库”（The Quantum Garage）的剪彩仪式。这个面积达6000平方英尺的实验室是由超导量子材料与系统中心构想、设计和建造的，相关量子平台包括：

- 在费米实验室内部部署的首个商用量子处理器；

- 基于新方法的量子存储器和传感器；

- 用于制定材料标准的量子计量工具；

- 以及用于基础物理学的量子传感器，具有发现暗物质和探测引力波的潜力。

2023年，费米实验室主办首届美国量子信息科学暑期学校。作为联邦资助的最大的教育项目之一，旨在帮助培养量子人才。该学校由费米实验室SQMS 中心领导，与能源部橡树岭国家实验室主办的量子科学中心合作，汇集了能源部量子研究中心的专家。来自 70 个机构的近 150 名学生将在费米实验室度过 10 天的时间，积累量子信息科学领域的理论知识和实践实验技能。

2024年1月，美国超导量子材料与系统中心正在利用费米实验室率先采用的一系列支持技术，以实现量子计算和量子传感的实际应用。

美国国家量子计划

截至2023年，这五年中，美国国家量子计划提高了量子信息科学与技术领域的研发能力。美国国家量子计划促进了所有部门之间的、跨学科的、多机构的合作。这些合作中催生出了重要的科学新发现，包括扩展量子系统所需的新技术。美国国家量子计划还进一步协调了跨部门和跨机构的量子信息科学与技术研发活动，并提高了量子信息科学与技术研发及其可能带来的社会效益的认识。