Samarbejde former prioritering inden for DESYs kvanteøkosystem – Physics World

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem-physics-world.jpg" data-caption="Kvantediversitet CQTA scientists provide academic, industry and government partners with specialist technical support in quantum computing and quantum sensing. The team currently comprises three staff members, one project coordinator, three postdocs and nine graduate students. (Courtesy: DESY)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem-physics-world.jpg”>

Som et tysk nationalt laboratorium med rod i fysik og et af verdens førende acceleratorforskningscentre falder DESYs videnskabelige bestræbelser under fire hovedtemaer: partikelfysik, fotonvidenskab, astropartikelfysik og acceleratorfysik. Disse komplementære forskningsforløb, forfulgt af et netværk af nationale og internationale partnere, betyder, at DESY tiltrækker mere end 3000 gæsteforskere fra over 40 lande hvert år. Laboratoriet er også et eftertragtet R&D-hub for industrien, og dets førende eksperimentelle faciliteter tilbyder en unik tilføjelse til innovationspipeline for Europas små og mellemstore virksomheder samt etablerede teknologivirksomheder.

CQTA-teamet er her for at hjælpe industri, akademiske og offentlige partnere med at formulere deres problemer på en sådan måde, at de kan køre på en kvantecomputer

Den udadvendte arbejdsmodel understøtter en begyndende R&D-bestræbelse, der søger at bygge videre på DESYs evner inden for kvantevidenskab og -teknologi. Målet: at understøtte laboratoriets mangfoldige højenergifysikprogram, samtidig med at det muliggør alle mulige nedstrømspåvirkninger i industrielle og kommercielle applikationer. Disse bestræbelser kanaliseres gennem Center for Quantum Technology and Applications (CQTA), der er etableret på DESYs Zeuthen-campus i udkanten af ​​Berlin med €15 mio. i startfinansiering fra staten Brandenburg.

CQTA blev lanceret i januar 2022 og søger at udnytte DESYs grundlæggende videnskabelige programmer inden for kvanteberegning, kvantematerialer og kvantesansning. "DESY har oprettet en kvanteteknologi-taskforce for at koordinere sin kvante-F&U-indsats, hvor CQTA udgør et omdrejningspunkt for operationel implementering af kvanteberegning og kvantesansning," siger Karl Jansen, leder af CQTA og professor i fysik ved DESY. "Vores aktivitetsportefølje hos CQTA udvides hele tiden, og det, vi håber på som et resultat, er at identificere use-cases, hvor vi klart kan levere 'kvantefordele' gennem kvanteberegningsmetoder."

Kvantefordel i videnskab

Med hensyn til operationelle prioriteter løber CQTA's mandat langs flere hovedspor: udvikling af kvantealgoritmer og metoder; lette adgangen til kvantecomputerhardware for DESYs forsknings- og industripartnere; benchmarking, test og verifikation af kvantehardware; og kører et kvantemetrologiprogram ved hjælp af fangede ion-ure til at søge efter "ny fysik" ud over standardmodellen. Der er også et skræddersyet træningsprogram på vej til at tage højde for begyndere, der ønsker at forstå det grundlæggende i kvantecomputere, samt målrette mod avancerede praktikere inden for forskning og industri.

Fermilabs SQMS Center behandler alle aspekter af 'kvantepuslespillet'

Fremskridt er opmuntrende, med flagskibs-CQTA-projekter, der allerede er i gang til støtte for DESYs kernefysikprogrammer. Laser Und XFEL Experiment (LUXE) er for eksempel et forskningssamarbejde mellem DESY-forskere og deres kolleger ved European X-ray Free Electron Laser (Eu.XFEL) i Hamborg for at studere kvanteelektrodynamik (QED) processer på so- kaldet "stærk feltgrænse" (i det væsentlige undersøger interaktionerne mellem en optisk laser med høj intensitet og 16.5 GeV elektronstrålen fra Eu.XFEL).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg" data-caption="Karl Jansen "De kvantealgoritmer og metoder, vi har udviklet til applikationer inden for højenergifysik, kan overføres til mange industrielle problemer - og omvendt." (Courtesy: DESY)” title=”Klik for at åbne billede i popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg”>

CQTA-forskere udfører på deres side proof-of-principle-studier inden for LUXE, hvor de implementerer kvantehardware til at undersøge brugen af ​​gate-baserede kvantecomputere til mønstergenkendelse i partikelsporrekonstruktion. Håbet er, at kvantealgoritmer og -metoder udviklet inden for LUXE vil kunne overføres til eksperimenter på andre højenergifysiske faciliteter, hvilket hjælper forskere med at behandle enorme mængder data på en mere effektiv måde.

Et andet aktivt undersøgelsesområde er virkningen af ​​støj i kvantealgoritmer. "Dagens kvantecomputere er meget støjende," siger Jansen, "men den støj kan være nyttig, hvis en algoritme bliver 'fast' i et hjørne af parameterrummet." Tilføjelse af noget støj kan med andre ord drive en algoritme væk fra et forkert resultat mod den søgte løsning (selvom for meget støj vil betyde, at der slet ikke findes nogen løsning). "Det, vi leder efter i hvert enkelt tilfælde, er 'sweet-spot'et' og den optimale mængde støj," tilføjer Jansen.

Kvantefordel i industrien

I mellemtiden bliver kvantecomputere allerede udråbt som en "disruptor" på tværs af en række industrielle applikationer, herunder opdagelse og udvikling af lægemidler, logistikoptimering og finansiel modellering. Et casestudie i denne henseende er et F&U-samarbejde mellem forskere ved CQTA og Forschungszentrum Jülich, et andet tysk nationalt forskningsinstitut, der ser på "flight-gate-assignment-problemet" i lufthavne – og specifikt, hvordan man maksimerer forbindelsen og planlægningen mellem indgående og udgående flyvninger.

Ved hjælp af data fra en operationel lufthavn forsøger CQTA-Jülich-teamet at aflæse skjulte sammenhænge med kvanteberegning og på den måde løse disse problemer hurtigere og mere effektivt. Det større billede her er, at den matematiske beskrivelse og løsning af gate-assignment-problemet også kan anvendes på andre interesseområder for industri og myndigheder, herunder trafikstyring, flådelogistik og crowd control ved store sportsbegivenheder. "Det interessante," bemærker Jansen, "er, at de kvantealgoritmer og metoder, vi har udviklet til anvendelser inden for højenergifysik, kan overføres til mange industrielle problemer – og omvendt".

CERN QTI: udnytter stor videnskab til at accelerere kvanteinnovation

Noget overraskende involverer et andet aktivt område af CQTA-studiet videnskabelige, tekniske og kunstneriske anvendelser af kvantecomputere i musik. Der er stigende interesse her omkring de kreative og kommercielle muligheder for musikere og producere, som det fremgår af det andet internationale symposium om kvantecomputere og musikalsk kreativitet, som blev afholdt i Berlin i oktober 2023 (og organiseret af CQTA og University of Plymouth, Storbritannien). "Når vi har fået nok erfaring hos CQTA," siger Jansen, "er visionen at bygge en kvantesynthesizer, så musikere uden nogen idé om kvanteberegning kan bruge instrumentet til at skabe helt nye lyde."

Investering i partnerskaber

På trods af CQTA's operationelle fremskridt gennem de seneste to år, har Jansen og kolleger også arbejdet på at forbedre CQTA's tilbud på et mere strategisk
niveau. Faktisk blev CQTA sidste år accepteret som et IBM Quantum Innovation Center, hvilket åbnede adgang til et globalt R&D-netværk af Fortune 500-virksomheder, nystartede virksomheder, universiteter og nationale forskningslaboratorier, som alle arbejder sammen med IBM om at fremme kvantecomputerteknologier og applikationer. IBM-bindingen er dobbelt betydelig, da CQTA positionerer sig som en leverandør af specialiseret teknisk konsulent- og faciliteringstjenester til alt, hvad der har med kvante at gøre.

DESY har oprettet en kvanteteknologi-taskforce for at koordinere sin kvante-F&U-indsats, hvor CQTA udgør et fokuspunkt for kvanteberegning og kvantesansning

"CQTA-teamet er her for at hjælpe industri, akademiske og offentlige partnere med at formulere deres problemer matematisk på en sådan måde, at de kan køre på en kvantecomputer," bemærker Jansen. "Vores tætte samarbejde med IBM betyder, at vi i forlængelse heraf er i stand til at formidle gebyrbaseret adgang for tredjeparter til IBM's banebrydende kvantehardware og -software - og pakke komplekse videnskabelige og teknologiske problemer ud via kvantecomputere."

Den øgede synlighed og anerkendelse virker også i andre henseender – ikke mindst CQTA's rolle som "kvanteaccelerator" og regionalt knudepunkt i delstaten Brandenburg, hvor de lokale myndigheder har til hensigt at skabe en globalt betydningsfuld base for kvanteteknologier inden udgangen af årtiet. "Lige nu," siger Jansen, "handler det hele om at forbinde relevante interessenter i Brandenburg-regionen og udforske fælles initiativer – for eksempel at opbygge kvantearbejdsstyrken såvel som anvendt forskning og innovationsnetværk."

QUANT-NETs testbed-innovationer: genskabelse af kvantenetværket

Mens CQTA videnskabsmænd og ingeniører fortsætter med at udforske nye applikationer til kvanteberegning, leder Jansen allerede efter en bæredygtig langsigtet forretningsmodel for initiativet, som i øjeblikket er finansieret af Brandenburgs delstatsregering, det tyske forbundsministerium for uddannelse og forskning (BMBF) ), Den Europæiske Unions Horizon-program og et netværk af industripartnere. 

"Byggestenene i CQTA's forretningsplan er meget i gang," slutter Jansen, "med vægt på F&U-samarbejde, anvendt videnskabelig rådgivning og mere end sandsynligt et omdrejningspunkt i retning af teknologioversættelse og spin-out af kommerciel nystartede virksomheder.”

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
• PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
• PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
• PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem/