Η συνεργασία διαμορφώνει την ιεράρχηση των προτεραιοτήτων στο κβαντικό οικοσύστημα του ΔΕΣΥ – 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="Κβαντική ποικιλομορφία Οι επιστήμονες της CQTA παρέχουν σε ακαδημαϊκούς, βιομηχανικούς και κυβερνητικούς εταίρους εξειδικευμένη τεχνική υποστήριξη στον κβαντικό υπολογισμό και την κβαντική ανίχνευση. Η ομάδα αυτή τη στιγμή αποτελείται από τρία μέλη του προσωπικού, έναν συντονιστή έργου, τρεις μεταδιδακτορικούς και εννέα μεταπτυχιακούς φοιτητές. (Ευγενική προσφορά: DESY)” title=”Κάντε κλικ για να ανοίξετε την εικόνα στο αναδυόμενο παράθυρο” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem -physics-world.jpg”>

Ως γερμανικό εθνικό εργαστήριο με ρίζες στη φυσική και ένα από τα κορυφαία ερευνητικά κέντρα επιταχυντών στον κόσμο, οι επιστημονικές προσπάθειες του DESY εμπίπτουν σε τέσσερα κύρια θέματα: φυσική σωματιδίων, επιστήμη φωτονίων, φυσική αστροσωματιδίων και φυσική επιταχυντών. Αυτά τα συμπληρωματικά ερευνητικά μονοπάτια, που ακολουθούνται με ένα δίκτυο εθνικών και διεθνών εταίρων, σημαίνουν ότι ο ΔΕΣΥ προσελκύει περισσότερους από 3000 προσκεκλημένους επιστήμονες από περισσότερες από 40 χώρες κάθε χρόνο. Το εργαστήριο είναι επίσης ένας πολυπόθητος κόμβος Ε&Α για τη βιομηχανία, με τις κορυφαίες πειραματικές εγκαταστάσεις του που προσφέρουν μια μοναδική προσθήκη στον αγωγό καινοτομίας των μικρών και μεσαίων επιχειρήσεων της Ευρώπης καθώς και των καθιερωμένων εταιρειών τεχνολογίας.

Η ομάδα CQTA είναι εδώ για να βοηθήσει τη βιομηχανία, τους ακαδημαϊκούς και κυβερνητικούς εταίρους να διαμορφώσουν τα προβλήματά τους με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να τρέξουν σε έναν κβαντικό υπολογιστή

Αυτό το εξωστρεφές μοντέλο εργασίας στηρίζει μια εκκολαπτόμενη προσπάθεια Ε&Α που επιδιώκει να αξιοποιήσει τις δυνατότητες του DESY στην κβαντική επιστήμη και τεχνολογία. Ο στόχος: να υποστηριχθεί το ποικίλο πρόγραμμα φυσικής υψηλής ενέργειας του εργαστηρίου, επιτρέποντας ταυτόχρονα κάθε είδους επιπτώσεις σε βιομηχανικές και εμπορικές εφαρμογές. Αυτές οι προσπάθειες διοχετεύονται μέσω του Κέντρου Κβαντικής Τεχνολογίας και Εφαρμογών (CQTA), που ιδρύθηκε στην πανεπιστημιούπολη Zeuthen του DESY στα περίχωρα του Βερολίνου με χρηματοδότηση 15 εκατομμυρίων ευρώ από την πολιτεία του Βρανδεμβούργου.

Το CQTA, που ξεκίνησε τον Ιανουάριο του 2022, επιδιώκει να αξιοποιήσει τα βασικά επιστημονικά προγράμματα του DESY στον κβαντικό υπολογισμό, τα κβαντικά υλικά και την κβαντική ανίχνευση. «Η DESY έχει δημιουργήσει μια ομάδα εργασίας κβαντικών τεχνολογιών για να συντονίσει την προσπάθεια κβαντικής έρευνας και ανάπτυξης, με το CQTA να παρέχει ένα κομβικό σημείο για την επιχειρησιακή εφαρμογή του κβαντικού υπολογισμού και της κβαντικής ανίχνευσης», λέει ο Karl Jansen, επικεφαλής του CQTA και καθηγητής φυσικής στο DESY. «Το χαρτοφυλάκιο δραστηριότητάς μας στο CQTA διευρύνεται συνεχώς και αυτό που ελπίζουμε ως αποτέλεσμα είναι να εντοπίσουμε περιπτώσεις χρήσης όπου μπορούμε να προσφέρουμε ξεκάθαρα «κβαντικό πλεονέκτημα» μέσω μεθόδων κβαντικού υπολογισμού».

Κβαντικό πλεονέκτημα στην επιστήμη

Όσον αφορά τις επιχειρησιακές προτεραιότητες, η αρμοδιότητα της CQTA εκτείνεται σε πολλές βασικές πορείες: ανάπτυξη κβαντικών αλγορίθμων και μεθόδων. διευκόλυνση της πρόσβασης στο υλικό κβαντικών υπολογιστών για τους εταίρους της DESY στην έρευνα και τη βιομηχανία· συγκριτική αξιολόγηση, δοκιμή και επαλήθευση κβαντικού υλικού. και εκτέλεση ενός προγράμματος κβαντικής μετρολογίας χρησιμοποιώντας ρολόγια παγιδευμένων ιόντων για αναζήτηση «νέας φυσικής» πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο. Υπάρχει επίσης ένα προσαρμοσμένο πρόγραμμα εκπαίδευσης στα σκαριά για να εξυπηρετήσει αρχάριους που θέλουν να κατανοήσουν τα βασικά του κβαντικού υπολογισμού, καθώς και να στοχεύουν προχωρημένους επαγγελματίες στην έρευνα και τη βιομηχανία.

Το Κέντρο SQMS της Fermilab αντιμετωπίζει όλες τις πτυχές του «κβαντικού παζλ»

Η πρόοδος είναι ενθαρρυντική, με τα εμβληματικά έργα CQTA να βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη για την υποστήριξη των βασικών προγραμμάτων φυσικής του DESY. Το πείραμα Laser Und XFEL (LUXE), για παράδειγμα, είναι μια ερευνητική συνεργασία μεταξύ των επιστημόνων του DESY και των ομολόγων τους στο Ευρωπαϊκό λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων ακτίνων Χ (Eu.XFEL) στο Αμβούργο για τη μελέτη των διεργασιών κβαντικής ηλεκτροδυναμικής (QED) στο ονομάζεται «σύνοριο ισχυρού πεδίου» (ουσιαστικά διερευνά τις αλληλεπιδράσεις ενός οπτικού λέιζερ υψηλής έντασης και της δέσμης ηλεκτρονίων 16.5 GeV του Eu.XFEL).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg" data-caption="Καρλ Τζάνσεν «Οι κβαντικοί αλγόριθμοι και μέθοδοι που έχουμε αναπτύξει για εφαρμογές στη φυσική υψηλής ενέργειας μπορούν να μεταφερθούν σε πολλά βιομηχανικά προβλήματα – και το αντίστροφο». (Ευγενική προσφορά: DESY)” title=”Κάντε κλικ για να ανοίξετε την εικόνα στο αναδυόμενο παράθυρο” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg”>

Οι ερευνητές του CQTA, από την πλευρά τους, διεξάγουν μελέτες απόδειξης αρχής στο LUXE, αναπτύσσοντας κβαντικό υλικό για να διερευνήσουν τη χρήση κβαντικών υπολογιστών που βασίζονται σε πύλη για αναγνώριση προτύπων στην ανακατασκευή σωματιδίων. Η ελπίδα είναι ότι οι κβαντικοί αλγόριθμοι και οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν στο LUXE θα μπορούν να μεταφερθούν σε πειράματα σε άλλες εγκαταστάσεις φυσικής υψηλής ενέργειας, βοηθώντας τους επιστήμονες να επεξεργάζονται τεράστιες ποσότητες δεδομένων με πιο αποτελεσματικό τρόπο.

Ένας άλλος ενεργός τομέας έρευνας είναι η επίδραση του θορύβου στους κβαντικούς αλγόριθμους. «Οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές είναι πολύ θορυβώδεις», λέει ο Jansen, «αλλά αυτός ο θόρυβος μπορεί να είναι χρήσιμος εάν ένας αλγόριθμος «κολλήσει» σε μια γωνία του χώρου παραμέτρων». Η προσθήκη κάποιου θορύβου, με άλλα λόγια, μπορεί να απομακρύνει έναν αλγόριθμο από ένα λάθος αποτέλεσμα προς την αναζητούμενη λύση (αν και πολύς θόρυβος σημαίνει ότι δεν θα βρεθεί καθόλου λύση). «Αυτό που αναζητούμε σε κάθε περίπτωση είναι το «sweet-spot» και η βέλτιστη ποσότητα θορύβου», προσθέτει ο Jansen.

Κβαντικό πλεονέκτημα στη βιομηχανία

Εν τω μεταξύ, ο κβαντικός υπολογιστής διαφημίζεται ήδη ως «διαταράκτης» σε μια σειρά βιομηχανικών εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της ανακάλυψης και ανάπτυξης φαρμάκων, της βελτιστοποίησης logistics και της χρηματοοικονομικής μοντελοποίησης. Μια μελέτη περίπτωσης από αυτή την άποψη είναι μια συνεργασία Ε&Α μεταξύ επιστημόνων στο CQTA και Forschungszentrum Jülich, άλλο γερμανικό εθνικό ερευνητικό ινστιτούτο, που εξετάζει το «πρόβλημα ανάθεσης πύλης πτήσης» στα αεροδρόμια – και συγκεκριμένα, πώς να μεγιστοποιηθεί η συνδεσιμότητα και ο προγραμματισμός μεταξύ εισερχόμενων και εξερχόμενες πτήσεις.

Χρησιμοποιώντας δεδομένα από ένα επιχειρησιακό αεροδρόμιο, η ομάδα CQTA-Jülich προσπαθεί να αποκαλύψει κρυφούς συσχετισμούς με τους κβαντικούς υπολογιστές και, με αυτόν τον τρόπο, να λύσει αυτά τα προβλήματα πιο γρήγορα και πιο αποτελεσματικά. Η μεγαλύτερη εικόνα εδώ είναι ότι η μαθηματική περιγραφή και η λύση του προβλήματος της εκχώρησης πύλης μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε άλλους τομείς ενδιαφέροντος για τη βιομηχανία και την κυβέρνηση, συμπεριλαμβανομένης της διαχείρισης της κυκλοφορίας, των υπηρεσιών logistics στόλου και του ελέγχου του πλήθους σε μεγάλες αθλητικές εκδηλώσεις. «Αυτό που είναι ενδιαφέρον», σημειώνει ο Jansen, «είναι ότι οι κβαντικοί αλγόριθμοι και μέθοδοι που έχουμε αναπτύξει για εφαρμογές στη φυσική υψηλής ενέργειας μπορούν να μεταφερθούν σε πολλά βιομηχανικά προβλήματα – και αντίστροφα. "

CERN QTI: αξιοποίηση της μεγάλης επιστήμης για την επιτάχυνση της κβαντικής καινοτομίας

Κάπως εκπληκτικά, ένας άλλος ενεργός τομέας της μελέτης CQTA περιλαμβάνει επιστημονικές, τεχνικές και καλλιτεχνικές εφαρμογές του κβαντικού υπολογισμού στη μουσική. Υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον εδώ για τις δημιουργικές και εμπορικές ευκαιρίες για μουσικούς και παραγωγούς, όπως αποδεικνύεται από το Δεύτερο Διεθνές Συμπόσιο για τον Κβαντικό Υπολογισμό και τη Μουσική Δημιουργικότητα, το οποίο πραγματοποιήθηκε στο Βερολίνο τον Οκτώβριο του 2023 (και συνδιοργανώθηκε από το CQTA και το Πανεπιστήμιο του Πλύμουθ, ΗΝΩΜΕΝΟ ΒΑΣΙΛΕΙΟ). «Μόλις αποκτήσουμε αρκετή εμπειρία στο CQTA», λέει ο Jansen, «το όραμα είναι να κατασκευάσουμε έναν κβαντικό συνθεσάιζερ έτσι ώστε οι μουσικοί που δεν έχουν ιδέα για τον κβαντικό υπολογισμό να μπορούν να χρησιμοποιήσουν το όργανο για να δημιουργήσουν εντελώς νέους ήχους».

Επένδυση σε συνεργασίες

Παρά την επιχειρησιακή πρόοδο της CQTA τα τελευταία δύο χρόνια, ο Jansen και οι συνάδελφοί του εργάζονται επίσης για να βελτιώσουν την προσφορά του CQTA σε μια πιο στρατηγική
επίπεδο. Πράγματι, το CQTA έγινε δεκτό πέρυσι ως Κβαντικό Κέντρο Καινοτομίας της IBM, ανοίγοντας την πρόσβαση σε ένα παγκόσμιο δίκτυο Ε&Α από εταιρείες Fortune 500, νεοφυείς επιχειρήσεις, πανεπιστήμια και εθνικά ερευνητικά εργαστήρια, τα οποία συνεργάζονται με την IBM για την προώθηση τεχνολογιών κβαντικών υπολογιστών και εφαρμογές. Η δέσμευση της IBM είναι διπλά σημαντική δεδομένου ότι η CQTA τοποθετείται ως πάροχος εξειδικευμένων τεχνικών συμβουλών και υπηρεσιών διευκόλυνσης για όλα τα κβαντικά πράγματα.

Το DESY έχει δημιουργήσει μια ομάδα εργασίας κβαντικών τεχνολογιών για να συντονίσει την προσπάθεια κβαντικής Ε&Α, με το CQTA να παρέχει ένα εστιακό σημείο για τον κβαντικό υπολογισμό και την κβαντική ανίχνευση

«Η ομάδα CQTA είναι εδώ για να βοηθήσει τη βιομηχανία, τους ακαδημαϊκούς και κυβερνητικούς εταίρους να διατυπώσουν μαθηματικά τα προβλήματά τους με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να τρέξουν σε έναν κβαντικό υπολογιστή», σημειώνει ο Jansen. «Η στενή συνεργασία μας με την IBM σημαίνει ότι είμαστε σε θέση, κατ' επέκταση, να διαμεσολαβούμε την πρόσβαση τρίτων μερών στο αιχμής κβαντικό υλικό και λογισμικό της IBM – αποσυσκευάζοντας πολύπλοκα επιστημονικά και τεχνολογικά προβλήματα μέσω του κβαντικού υπολογισμού».

Αυτή η βελτιωμένη ορατότητα και αναγνώριση λειτουργεί και από άλλες απόψεις – κυρίως, ο ρόλος της CQTA ως «κβαντικού επιταχυντή» και περιφερειακού κόμβου στην πολιτεία του Βρανδεμβούργου, όπου η τοπική κυβέρνηση σκοπεύει να δημιουργήσει μια παγκόσμια σημαντική βάση για κβαντικές τεχνολογίες μέχρι το τέλος του τη δεκαετία. «Αυτή τη στιγμή», λέει ο Jansen, «το μόνο έχει να κάνει με τη σύνδεση των σχετικών ενδιαφερομένων στην περιοχή του Βρανδεμβούργου και τη διερεύνηση κοινών πρωτοβουλιών – δημιουργία κβαντικού εργατικού δυναμικού, για παράδειγμα, καθώς και δικτύων εφαρμοσμένης έρευνας και καινοτομίας».

Οι καινοτομίες της κλίνης δοκιμών του QUANT-NET: επανασχεδιασμός του κβαντικού δικτύου

Ενώ οι επιστήμονες και οι μηχανικοί της CQTA συνεχίζουν να εξερευνούν νέες εφαρμογές για κβαντικούς υπολογιστές, ο Jansen αναζητά ήδη ένα βιώσιμο μακροπρόθεσμο επιχειρηματικό μοντέλο για την πρωτοβουλία, η οποία επί του παρόντος χρηματοδοτείται από την κυβέρνηση του Βραδεμβούργου, το Γερμανικό Ομοσπονδιακό Υπουργείο Παιδείας και Έρευνας (BMBF ), το πρόγραμμα Horizon της Ευρωπαϊκής Ένωσης και ένα δίκτυο συνεργατών του κλάδου. 

«Τα δομικά στοιχεία του επιχειρηματικού σχεδίου της CQTA βρίσκονται σε εξέλιξη», καταλήγει ο Jansen, «με έμφαση στη συνεργασία Ε&Α, στην εφαρμοσμένη επιστημονική συμβουλευτική και, περισσότερο από πιθανό, μια στροφή προς την τεχνολογική μετάφραση και την ανάπτυξη εμπορικών νεοφυείς επιχειρήσεις».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem/