La Iniciativa de Tecnología Cuántica (QTI) del CERN está diseñada para mejorar la colaboración entre las comunidades de física de altas energías y tecnología cuántica. Joe McEntee habla con Benjamín Frisch, miembro del equipo de gestión del CERN QTI y del grupo de Transferencia de Conocimiento del CERN, sobre los logros hasta la fecha y las prioridades para la próxima fase de la iniciativa, que comenzó en enero de 2024.
¿Cuáles son los objetivos a largo plazo del CERN QTI?
En sus primeros tres años, CERN QTI ha acelerado el diálogo entre las comunidades de física de altas energías (HEP) y tecnología cuántica. Se trata de crear una comprensión de los beneficios mutuos, identificar las oportunidades que ofrece la tecnología cuántica en HEP y establecer áreas de competencia específicas donde los científicos e ingenieros del CERN puedan contribuir al desarrollo de tecnologías y aplicaciones cuánticas, tanto dentro del CERN como dentro de la industria y el mundo. economía más amplia.
La hoja de ruta QTI del CERN, publicada en 2021, da forma a nuestra actividad frente a un conjunto de objetivos estratégicos, que incluyen: desarrollo científico/técnico y creación de capacidades; establecimiento de asociaciones de codesarrollo con la industria y el mundo académico; creación de una comunidad de tecnología cuántica dentro de HEP; y una estrecha integración con iniciativas cuánticas nacionales e internacionales. Esos puntos de referencia se traducen en un esfuerzo diverso de I+D en el CERN y proyectos específicos que abarcan la teoría y la simulación cuánticas; computación cuántica y algoritmos; detección cuántica y nanotecnologías relacionadas; y redes cuánticas.
Entonces, ¿está buscando una mayor convergencia entre las comunidades de HEP y de tecnología cuántica?
Correcto. CERN QTI aspira a actuar como punto focal para la colaboración en I+D y el intercambio de conocimientos entre el HEP y las comunidades de tecnología cuántica, ya sean socios académicos, industriales o gubernamentales. La educación, la extensión y la difusión técnica son las prioridades. Un ejemplo de ello, creada y organizada por el CERN QTI, es la Conferencia Internacional sobre Tecnologías Cuánticas para la Física de Altas Energías (QT4HEP). La primera edición, celebrada en el CERN en noviembre de 2022, atrajo a más de 250 expertos internacionales (ver “El Libro Blanco de QC4HEP: la carrera por la ventaja cuántica”, más abajo). Como seguimiento, en noviembre de 2023, el CERN organizó la séptima edición de la conferencia interdisciplinaria Técnicas Cuánticas en Aprendizaje Automático (QTML) con más de 330 participantes.
Más específicamente, ¿cómo maximiza el CERN QTI el compromiso con la industria cuántica y la cadena de suministro?
Transferencia de conocimiento (KT) del CERN gEl grupo se ocupa de las actividades del CERN QTI en términos de estrategia de participación industrial. Esto comienza con un análisis del ecosistema industrial en los estados miembros y asociados del CERN, además de una revisión de las necesidades insatisfechas en toda la cadena de suministro cuántica. Todo lo cual luego se compara con el conocimiento y las tecnologías cuánticas del CERN para informar las discusiones con la industria sobre licencias, consultoría, proyectos de codesarrollo y propiedad intelectual.
Se han establecido vínculos formales con actores clave en la cadena de suministro cuántica a través de la membresía asociada del CERN en el Consorcio Europeo de la Industria Cuántica (QuIC), una asociación comercial paneuropea para la industria cuántica. La visibilidad lo es todo en este sentido, por lo que el CERN QTI tiene una destacada presencia de expositores en eventos emblemáticos como la Conferencia Europea de Tecnologías Cuánticas (celebrada en Hannover, Alemania, en octubre) para destacar al CERN como un socio potencial de innovación para las empresas de tecnología cuántica.
¿Cómo apoya el CERN QTI esfuerzos más amplios para desarrollar una fuerza laboral cuántica especializada?
Una iniciativa del CERN para fomentar La fertilización cruzada entre HEP y el sector de la tecnología cuántica incluye naturalmente un compromiso con el desarrollo de capacidades. El CERN es un crisol de más de 16 personas: científicos e ingenieros, postdoctorados y estudiantes de posgrado, así como más de 000 usuarios científicos de institutos de investigación y universidades de todo el mundo.
Además de la capacitación práctica, CERN QTI ofrece a esta fuerza laboral diversa educación, capacitación y desarrollo profesional continuo en todo lo relacionado con la cuántica, incluidos, por ejemplo, el QTI Journal Club, el QTI Theory Forum, así como un extenso programa de conferencias y talleres de ciencia cuántica. y escuelas. Entre los eventos de capacitación emblemáticos del CERN QTI se encuentra el curso introductorio en línea de siete partes sobre computación cuántica impartido por Elías Combarro (Universidad de Oviedo, España). El curso se transmitió en vivo y de forma gratuita a fines de 2020 y aún hoy atrae una participación significativa.
El Libro Blanco de QC4HEP: la carrera por la ventaja cuántica
La formación de un grupo de trabajo dedicado a Computación Cuántica para HEP (QC4HEP) fue uno de los principales avances de la Conferencia Internacional sobre Tecnologías Cuánticas para Física de Altas Energías (QT4HEP), que tuvo lugar en el CERN en noviembre de 2022.
El grupo de trabajo, que incluye a más de 50 miembros de institutos HEP de la UE, EE. UU. y Japón, tiene el cometido de analizar el potencial de la computación cuántica para lograr un “cambio paradigmático” en el hardware y software informático para las ciencias naturales y más allá.
"Estamos estudiando la posibilidad de estimar, caso por caso, los recursos necesarios para alcanzar la llamada ventaja cuántica, donde cálculos que son inalcanzables o extremadamente costosos con las máquinas clásicas se vuelven posibles o prácticos con los ordenadores cuánticos", afirma Michele Grossi. , investigador senior cuántico del CERN y miembro del CERN QTI y del grupo de trabajo QC4HEP. "El grupo reconoce que la comunidad HEP es clave para desbloquear el poder de la computación cuántica, ya que el campo es una rica fuente de problemas computacionales desafiantes".
Tampoco falta impulso. En julio de este año, el grupo de trabajo QC4HEP publicó un documento técnico (disponible en arXiv) para identificar casos de uso en física de partículas teórica y experimental donde la computación cuántica podría generar importantes ventajas a largo plazo. El artículo está escrito por expertos del CERN, DESY, IBM Quantum y más de 30 organizaciones más.
“En términos de aspectos teóricos de la física de partículas”, añade Grossi, “hay áreas prometedoras relacionadas con la evolución de los estados cuánticos, la teoría de la red de calibre, las oscilaciones de neutrinos y las teorías cuánticas de campos en general. Mientras tanto, en el lado experimental, el documento técnico destaca áreas relacionadas con la reconstrucción de chorros y trayectorias durante colisiones de partículas de alta energía, la extracción de señales raras, problemas del Modelo Estándar para y más allá y lluvias de partones [cascadas de radiación]”.
Actualmente, el grupo de trabajo está dando prioridad a un conjunto de aplicaciones HEP para implementar como parte del Desafío “100 × 100” de IBM Quantum, un banco de pruebas de computación cuántica de próxima generación que estará en línea en 2024.
Seguí leyendo
Alberto Di Meglio et al. 2023 Computación cuántica para la física de altas energías: estado del arte y desafíos. Resumen del grupo de trabajo QC4HEP arXiv
¿Qué lecciones se han aprendido durante la Fase I del CERN QTI?
Es alentador ver un amplio reconocimiento de la experiencia del CERN QTI como fuerza impulsora de la colaboración científica entre disciplinas; de hecho, actúa como un "intermediario honesto" que vincula a las comunidades HEP y de tecnología cuántica. También ha habido avances tangibles: los proyectos llevados a cabo en los dos primeros años del CERN QTI apuntan a oportunidades a largo plazo para las tecnologías cuánticas en muchas áreas de HEP, desde consideraciones teóricas e infraestructuras de computación cuántica para análisis de "grandes datos" hasta la próxima generación. diseños de detectores en diferentes regímenes de energía.
Innovaciones del banco de pruebas de QUANT-NET: reinventar la red cuántica
Al trabajar con socios académicos y de la industria, CERN QTI también se compromete a ampliar la cartera de talentos, ya sea apoyando programas científicos aquí en el CERN o transfiriendo esas codiciadas habilidades a la emergente cadena de suministro cuántica. Esto último es clave: si bien muchas entidades comerciales en el sector cuántico están experimentando un crecimiento significativo, esas mismas empresas están luchando por cubrir los roles técnicos esenciales necesarios para acelerar y, en última instancia, sostener ese crecimiento.
¿Qué sigue para el CERN QTI?
Comienza la fase II de la iniciativaen enero de 2024 y se trata de consolidación, priorizando un conjunto de investigaciones con posibles impactos revolucionarios para el programa de investigación HEP del CERN. Desde una perspectiva organizacional, habrá cuatro Centros de Competencia (CC) temáticos. El CC sobre infraestructuras y algoritmos de computación cuántica híbrida, por ejemplo, desarrollará una sólida comprensión del rendimiento y el uso óptimo de los sistemas de computación cuántica (incluida la integración con centros de computación de alto rendimiento), garantizando que se tengan en cuenta los requisitos de la comunidad HEP. cuenta dentro de la cadena de suministro de la industria. Las asociaciones de codesarrollo adaptadas a los casos de uso del CERN serán esenciales en esta coordenada.
El CC sobre Tecnologías del CERN como demostradores de plataformas cuánticas desarrollará competencias vinculadas a la computación cuántica y las tecnologías de detección con aplicaciones directas a la física más allá del modelo estándar. Mientras tanto, el CC sobre redes cuánticas tiene como objetivo posicionar al CERN como parte de la comunidad de I+D para las comunicaciones cuánticas, contribuyendo con experiencia especializada para implementar novedosos protocolos de redes cuánticas.
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