IBM工程物理学家Sarah Sheldon与Joe McEntee谈论了该公司在量子计算领域开拓新领域所做的努力，以及为什么新兴的量子技术行业能够为雄心勃勃的科学家和工程师带来了无限机遇。
人生课程Sarah Sheldon（右）喜欢量子技术的跨学科性质，这使她能够“不断从IBM同事那里学到新东西”。（图片来源：IBM Connie Zhou）IBM 的使命是将量子计算机从应用研究领域转变为主流商业机会。它希望超越“量子实用性”的初步展示（这些设备仅在少数小众应用中优于传统计算机），并实现“量子优势”的新前沿。这意味着量子计算机要能定期提供超越近似传统计算方法的巨大优势，计算出更便宜、更快、更准确的解决方案。与传统计算机不同，传统计算机依赖于二进制位（可以是0或1），而量子计算机利用的是量子二进制位（量子比特），作为0和1状态的叠加。这种叠加与量子纠缠相结合，使量子计算机能够比传统机器更快地执行某些类型的计算，例如量子化学和分子反应动力学中的问题。Sarah Sheldon是IBM量子研发工作的先锋，担任纽约约克敦高地IBM Thomas J Watson研究中心的首席研究科学家兼量子理论与能力高级经理。Sheldon在麻省理工学院 (MIT) 获得物理学和核科学与工程双学士学位后，于2013年获得麻省理工学院博士学位，尽管她研究生期间的大部分科研都是在加拿大滑铁卢大学量子计算研究所(IQC)担任访问学者时，在核科学与工程领域进行的。在IQC，Sheldon是研究量子控制技术的成员之一，该团队在核磁共振(NMR)实验中操纵原子核的自旋状态。Sheldon解释说：“虽然我们使用的系统与目前领先的量子平台不同，但我们应用了许多在量子技术领域广泛部署的同类控制技术。”她说“完成博士学位后，我自然而然地选择进入工业界，寻求将量子物理学的所有知识应用于直接和实际的工程贡献。IBM是当时仅有的几家拥有量子计算实验小组的行业参与者之一，因此我也顺理成章的选择他。”物理见解、工程解决方案
Sheldon目前领导着一支由科学家和工程师组成的跨学科团队，他们正在开发处理噪音和优化量子计算机新实验演示性能的技术。这项野心勃勃的工作将各种研究领域联系在一起，涵盖了从量子理论和算法开发到误差缓解、误差校正和表征量子设备技术等各方面。Sarah Sheldon说：“我们正在研究如何从当今已有在线的机器以及未来几代量子计算机中提取最佳性能。”“从算法到应用，我们正在研究如何利用量子计算机：如何从当今已有在线的机器以及未来五到十年后的量子计算机中提取最佳性能。”Sheldon及其同事的核心任务是如何管理困扰当前量子计算系统的环境噪声。量子比特很容易受到干扰，例如，它们与环境温度波动、电场和磁场、振动、杂散辐射甚至相邻量子比特之间的干扰相互作用。理想的解决方案是将相同的信息存储在多个量子比特上，这样，当一个或多个量子比特受到噪声影响时，就可以检测并纠正错误。但这些所谓的“容错”量子计算机的问题在于它们需要数百万个量子比特，这在目前小规模量子架构中是不可能实现的。（作为背景，IBM最新的量子发展路线图概述了2029年实现纠错量子计算机的切实途径。）Sheldon指出“我们正在努力实现大规模纠错系统，尽管眼下我们正在利用近期技术，如错误缓解和其他管理这些系统中噪音的方法。”在实际应用中，这意味着在不增加量子比特数量的情况下实现量子架构，本质上是将量子架构与经典计算机集成，通过增加量子计算机上的样本与经典处理相结合来减少噪声。多元化的力量
对于Sheldon来说，量子技术行业的一大卖点是有机会与来自不同学科的人合作。她说她的团队涵盖了广泛的研发领域，例如，有数学家和计算机科学家致力于复杂性理论和新算法开发；有物理学家专门研究量子模拟并采用误差抑制技术；还有量子化学家致力于模拟分子系统。她补充道：“量子是跨学科的，你会不断从同事那里学习新东西。我一开始专攻量子控制技术，后来转向更大的多量子比特系统的实验演示，而且，与理论家的合作也越来越密切。”重新构想计算IBM Thomas J Watson研究中心的量子科学家和工程师，正争取在2029年前提供IBM的量子发展路线图和纠错量子计算机的实用路径。（图片来源：IBM Connie Zhou）对于Sheldon和她的同事而言，外部研究合作也是必须的。IBM Quantum Network是重中之重，它为整个“量子生态系统”中的250多个组织提供了合作机会。这些组织包括顶级实验室（如CERN、东京大学和英国国家量子计算中心）以及量子技术初创公司（如Q-CTRL和Algorithmiq）。它还包括旨在成为量子技术早期采用者（其中包括博世、波音和汇丰银行）的知名行业参与者。Sheldon说“量子社区正在不断革新，所以外部合作对IBM的量子研发计划来说非常重要。虽然我们自己内部也拥有深厚而多样的技能，但无法成为量子计算所有潜在用例领域的专家。”机会来临
尽管创新步伐飞速，但前景仍阴云密布，令人不安。特别是缺乏量子劳动力和技术工人，老牌科技公司和初创公司都迫切希望引进更多的物理学家和工程师。不仅是要填补专家职位，无论是纠错科学家还是量子算法开发人员，还要填补一般的职位，例如测试和测量工程师、数据科学家、低温技术员和电路设计师。然而，Sheldon对解决技能问题还是保持一个乐观的态度。在她看来，量子领域有太多机会了，从她完成博士学位以来，这个领域发生了天翻地覆的变化。最大的转变或许是产业参与度的急剧增长，以及随之而来的各种对研究生科学家和工程师极具吸引力的职业发展路径。这些行业包括开发量子软件或硬件的公司，以及制药、金融或医疗保健等行业的量子技术终端用户。Sheldon认为：“至于科学界，我们也看到了新型量子计算科学家的雏形。 毫无疑问，能够将量子计算能力整合到研究项目中的学生将在未来几十年中处于各自领域的领先地位”最后，Sheldon总结说，职业生涯初期的科学家不一定要对近期的职业道路想得太多。 “保持简单，和你喜欢的人一起做你感兴趣的项目，无论是量子项目还是其他项目”。https://physicsworld.com/a/sarah-sheldon-how-a-multidisciplinary-mindset-can-turn-quantum-utility-into-quantum-advantage/
