L'Initiative de technologie quantique (QTI) du CERN vise à renforcer la collaboration entre les communautés de physique des hautes énergies et de technologie quantique. Joe McEntee parle à Benjamin Frisch, membre de l'équipe de direction du CERN QTI et du groupe de transfert de connaissances du CERN, sur les réalisations à ce jour et les priorités pour la prochaine phase de l'initiative, qui a débuté en janvier 2024.
Quels sont les objectifs à long terme du CERN QTI ?
Au cours de ses trois premières années d'existence, le CERN QTI a accéléré le dialogue entre les communautés de la physique des hautes énergies (HEP) et de la technologie quantique. Il s'agit de faire comprendre les avantages mutuels, d'identifier les opportunités que le quantique offre en HEP et d'établir des domaines de compétence spécifiques dans lesquels les scientifiques et les ingénieurs du CERN peuvent contribuer au développement de technologies et d'applications quantiques – tant au sein du CERN qu'au sein de l'industrie et du monde. économie plus large.
La feuille de route CERN QTI, publiée en 2021, façonne notre activité autour d'un ensemble d'objectifs stratégiques, notamment : le développement scientifique/technique et le renforcement des capacités ; établissement de partenariats de co-développement avec l'industrie et le monde universitaire; création d'une communauté de technologie quantique au sein de HEP ; et une intégration étroite avec les initiatives quantiques nationales et internationales. Ces points de référence se traduisent par un effort diversifié de R&D au CERN et des projets spécifiques couvrant la théorie quantique et la simulation ; informatique quantique et algorithmes ; détection quantique et nanotechnologies associées ; et les réseaux quantiques.
Vous recherchez donc une plus grande convergence entre les communautés HEP et technologie quantique ?
Correct. Le CERN QTI aspire à servir de point focal pour la collaboration en R&D et l'échange de connaissances entre les communautés HEP et de technologie quantique, qu'il s'agisse de partenaires universitaires, industriels ou gouvernementaux. L'éducation, la sensibilisation et la diffusion technique sont les priorités. Un exemple typique, créé et organisé par le CERN QTI, est la Conférence internationale sur les technologies quantiques pour la physique des hautes énergies (QT4HEP). La première édition, organisée au CERN en novembre 2022, a attiré plus de 250 experts internationaux (voir « Le Livre blanc QC4HEP : la course à l'avantage quantique », ci-dessous). Dans le prolongement, en novembre 2023, le CERN a accueilli la septième édition de la conférence interdisciplinaire Quantum Techniques in Machine Learning (QTML) avec plus de 330 participants.
Plus précisément, comment le CERN QTI maximise-t-il l’engagement avec l’industrie quantique et la chaîne d’approvisionnement ?
Transfert de connaissances (KT) du CERN gLe groupe s'occupe des activités du CERN QTI en termes de stratégie d'engagement industriel. Cela commence par une analyse de l'écosystème industriel dans les États membres et membres associés du CERN, ainsi qu'un examen des besoins non satisfaits tout au long de la chaîne d'approvisionnement quantique. Tout cela est ensuite comparé au savoir-faire et aux technologies quantiques du CERN pour éclairer les discussions avec l'industrie sur les licences, les conseils, les projets de co-développement et la propriété intellectuelle.
Des liens formels avec des acteurs clés de la chaîne d'approvisionnement quantique ont été établis grâce à l'adhésion du CERN au Consortium européen de l'industrie quantique (QuIC), une association professionnelle paneuropéenne pour l'industrie quantique. La visibilité est primordiale à cet égard, c'est pourquoi le CERN QTI est présent de manière importante comme exposant lors d'événements phares tels que la conférence européenne sur les technologies quantiques (qui s'est tenue à Hanovre, en Allemagne, en octobre) pour mettre en avant le CERN en tant que partenaire d'innovation potentiel pour les entreprises de technologie quantique.
Comment le CERN QTI soutient-il des efforts plus larges visant à développer la main-d’œuvre spécialisée dans le domaine quantique ?
Une initiative du CERN pour encourager la fertilisation croisée entre HEP et le secteur de la technologie quantique inclut naturellement un engagement en faveur du renforcement des capacités. Le CERN est un creuset de plus de 16 000 personnes – scientifiques et ingénieurs, postdoctorants et étudiants diplômés, ainsi que plus de 13 000 utilisateurs scientifiques d’instituts de recherche et d’universités du monde entier.
Parallèlement à la formation pratique, le CERN QTI propose à cette main-d'œuvre diversifiée une formation continue, une formation et un développement professionnel dans tout ce qui concerne le quantique – y compris, par exemple, le QTI Journal Club, le QTI Theory Forum, ainsi qu'un vaste programme de conférences et d'ateliers sur la science quantique. et les écoles. Parmi les événements de formation phares du CERN QTI figure le cours d'introduction en ligne en sept parties à l'informatique quantique dispensé par Elias Combarro (Université d'Oviedo, Espagne). Le cours a été diffusé en direct et en clair fin 2020 et suscite encore aujourd’hui un engagement important.
Le livre blanc QC4HEP : la course à l’avantage quantique
La formation d'un groupe de travail dédié à l'informatique quantique pour la HEP (QC4HEP) a été l'un des principaux développements de la Conférence internationale sur les technologies quantiques pour la physique des hautes énergies (QT4HEP), qui s'est tenue au CERN en novembre 2022.
Le groupe de travail, qui comprend plus de 50 membres d'instituts HEP de l'UE, des États-Unis et du Japon, a pour mission d'analyser le potentiel de l'informatique quantique pour réaliser un « changement paradigmatique » dans le matériel informatique et les logiciels pour les sciences naturelles et au-delà.
"Nous étudions la possibilité d'estimer, au cas par cas, les ressources nécessaires pour atteindre ce que l'on appelle l'avantage quantique, où des calculs inaccessibles ou extrêmement coûteux avec des machines classiques deviennent possibles ou pratiques avec des ordinateurs quantiques", explique Michele Grossi. , chercheur senior en quantique au CERN et membre du CERN QTI et du groupe de travail QC4HEP. "Le groupe reconnaît que la communauté HEP est essentielle pour libérer la puissance de l'informatique quantique, car ce domaine est une riche source de problèmes informatiques complexes."
L'élan ne manque pas non plus. En juillet de cette année, le groupe de travail QC4HEP a publié un livre blanc (disponible sur arXiv) pour identifier les cas d'utilisation en physique des particules théorique et expérimentale où l'informatique quantique pourrait générer des avantages significatifs à long terme. Le document est rédigé par des experts du CERN, DESY, IBM Quantum et de plus de 30 autres organisations.
"En termes d'aspects théoriques de la physique des particules", ajoute Grossi, "il existe des domaines prometteurs liés à l'évolution des états quantiques, à la théorie de la jauge sur réseau, aux oscillations des neutrinos et aux théories quantiques des champs en général. Du côté expérimental, le livre blanc distingue les domaines liés à la reconstruction des jets et des traces lors de collisions de particules à haute énergie, à l’extraction de signaux rares, aux problèmes allant au-delà du modèle standard et aux douches de partons [cascades de rayonnement].
Le groupe de travail donne actuellement la priorité à un ensemble d'applications HEP à mettre en œuvre dans le cadre du défi « 100×100 » d'IBM Quantum, un banc d'essai d'informatique quantique de nouvelle génération qui sera mis en ligne en 2024.
Lectures complémentaires
Alberto Di Meglio et al. 2023 L'informatique quantique pour la physique des hautes énergies : état de l'art et défis. Résumé du groupe de travail QC4HEP arXiv
Quels enseignements ont été tirés de la phase I du CERN QTI ?
Il est encourageant de constater une large reconnaissance de l'expertise du CERN QTI en tant que force motrice de la collaboration scientifique entre disciplines – agissant en fait comme un « courtier honnête » reliant les communautés HEP et technologie quantique. Des progrès tangibles ont également été réalisés, les projets menés au cours des deux premières années du CERN QTI laissant entrevoir des opportunités à long terme pour les technologies quantiques dans de nombreux domaines de la HEP – depuis les considérations théoriques et les infrastructures informatiques quantiques pour l'analyse des « big data » jusqu'à la prochaine génération. conceptions de détecteurs dans différents régimes énergétiques.
Innovations du banc d'essai de QUANT-NET : réinventer le réseau quantique
En collaboration avec des partenaires industriels et universitaires, CERN QTI s'engage également à développer le vivier de talents, qu'il s'agisse de soutenir des programmes scientifiques ici au CERN ou de transférer ces compétences convoitées dans la chaîne d'approvisionnement quantique émergente. Ce dernier point est essentiel : alors que de nombreuses entités commerciales du secteur quantique connaissent une croissance significative, ces mêmes entreprises ont du mal à remplir les rôles techniques essentiels nécessaires pour accélérer, et finalement maintenir, cette croissance.
Quelle est la prochaine étape pour le CERN QTI ?
La phase II de l'initiative démarreen janvier 2024 et vise avant tout à la consolidation, en donnant la priorité à un ensemble d'investigations susceptibles de changer la donne pour le programme de recherche HEP du CERN. D'un point de vue organisationnel, il y aura quatre centres de compétences thématiques (CC). Le CC sur les infrastructures et algorithmes hybrides de calcul quantique, par exemple, développera une solide compréhension des performances et de l'utilisation optimale des systèmes informatiques quantiques (y compris l'intégration avec des centres de calcul haute performance), en veillant à ce que les exigences de la communauté HEP soient prises en compte. compte au sein de la chaîne d’approvisionnement de l’industrie. Des partenariats de co-développement adaptés aux cas d’utilisation du CERN seront essentiels dans ce cadre.
Le CC sur les technologies du CERN en tant que démonstrateurs de plates-formes quantiques développera des compétences liées aux technologies de calcul et de détection quantiques avec des applications directes à la physique au-delà du modèle standard. Parallèlement, le CC sur les réseaux quantiques vise à positionner le CERN comme membre de la communauté de R&D pour les communications quantiques, en apportant son expertise spécialisée pour mettre en œuvre de nouveaux protocoles de réseaux quantiques.
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- La source: https://physicsworld.com/a/cern-qti-harnessing-big-science-to-accelerate-quantum-innovation/
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