Az együttműködés alakítja a prioritások meghatározását a DESY kvantumökoszisztémáján – a fizika világában

Az együttműködés alakítja a prioritások meghatározását a DESY kvantumökoszisztémáján – a fizika világában

Időbélyeg: 19. február 2024. 4:33

A német kutatóerő, a DESY a nagyenergiájú fizika területén szerezte meg nevét, de a Kvantumtechnológiai és Alkalmazási Központ (CQTA) célja a laboratórium kvantumtudományi erőfeszítéseinek kiterjesztése – és felerősítése. A CQTA vezetője Karl Jansen beszélget Joe McEntee-vel a K+F partnerségek fontosságáról a központ hosszú távú üzleti modelljében

<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="Kvantumdiverzitás 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”>CQTA tudósok
Kvantumdiverzitás A CQTA tudósai tudományos, ipari és kormányzati partnerek számára speciális technikai támogatást nyújtanak a kvantumszámítás és a kvantumérzékelés területén. A csapat jelenleg három munkatársból, egy projektkoordinátorból, három posztdoktorból és kilenc végzős hallgatóból áll. (Jó: DESY)

A fizikában gyökerező német nemzeti laboratóriumként és a világ egyik vezető gyorsítókutató központjaként a DESY tudományos törekvései négy fő téma köré csoportosulnak: részecskefizika, fotontudomány, asztrorészecskefizika és gyorsítófizika. A nemzeti és nemzetközi partnerek hálózatával folytatott egymást kiegészítő kutatási utak azt jelentik, hogy a DESY évente több mint 3000 vendégtudóst vonz több mint 40 országból. A laboratórium egyben az ipar áhított K+F központja is, élvonalbeli kísérleti létesítményei egyedülálló kiegészítést kínálnak az európai kis- és középvállalkozások, valamint a már bejáratott technológiai vállalatok innovációs hálózatához.

A CQTA csapata azért van itt, hogy segítsen az ipari, tudományos és kormányzati partnereknek problémáikat úgy megfogalmazni, hogy azok kvantumszámítógépen futhassanak.

Ez a kifelé néző munkamodell alátámasztja azt a születőben lévő K+F törekvést, amely a DESY kvantumtudományi és technológiai képességeire kíván építeni. A cél: a laboratórium sokrétű nagyenergiájú fizikai programjának támogatása, ugyanakkor lehetővé téve mindenféle downstream hatást az ipari és kereskedelmi alkalmazásokban. Ezeket az erőfeszítéseket a Kvantumtechnológiai és Alkalmazási Központon (CQTA) keresztül irányítják, amelyet a DESY Berlin külvárosában található zeutheni campusán hoztak létre, Brandenburg állam 15 millió eurós magvető finanszírozásával.

Kvantum QUEST Cipruson

Az év elején Karl Jansen, a DESY CQTA vezetője 2.5 millió eurós akadémiai elnököt kapott az Európai Kutatási Végrehajtó Ügynökségtől (REA), egy páneurópai kutatást és innovációt finanszírozó szervezettől. Jansen, a DESY első REA-elnöke a finanszírozást egy új kvantumszámítási kutatóközpont létrehozására használja fel a Ciprusi Intézetben.

A Nicosia külvárosában található Quantum Computing for Excellence in Science and Technology (QUEST) laboratórium teljes mértékben kapcsolódik a zeutheni DESY CQTA kutatási programjához. A közös cél: a ciprusi kutatási kapacitás javítása a kvantumszámítástechnikai kutatás-fejlesztés regionális kiválósági központjának létrehozásával, ami magas szintű kvantumkutatókat és mérnököket vonz a Földközi-tenger keleti térségébe.

„A QUEST REA-elnökeként – mondja Jansen – a Ciprusi Intézetben dolgozó kollégáimmal azon dolgozom, hogy létrehozzunk egy kvantumcsoportot, amely egy docensből, valamint több posztdoktorból és PhD hallgatóból áll. A QUEST másik prioritása, hogy gyakorlati képzést biztosítsunk azoknak a hallgatóknak, akik érdeklődnek a kvantumtudományi és mérnöki pályafutás iránt.”

A 2022 januárjában elindított CQTA a DESY alapvető tudományos programjait kívánja kihasználni a kvantumszámítás, a kvantumanyagok és a kvantumérzékelés területén. „A DESY kvantumtechnológiai munkacsoportot hozott létre a kvantumkutatási és fejlesztési erőfeszítéseinek koordinálására, a CQTA pedig a kvantumszámítás és a kvantumérzékelés operatív megvalósításának fókuszpontja” – mondja Karl Jansen, a CQTA vezetője és a DESY fizikaprofesszora. „A CQTA tevékenységi portfóliója folyamatosan bővül, és reméljük, hogy ennek eredményeként azonosítjuk azokat a felhasználási eseteket, ahol egyértelműen „kvantumelőnyt” tudunk biztosítani kvantumszámítási módszerekkel.”

Kvantumelőny a tudományban

Ami a működési prioritásokat illeti, a CQTA feladatköre több fő pálya mentén halad: kvantum algoritmusok és módszerek fejlesztése; a kvantumszámítási hardverhez való hozzáférés megkönnyítése a DESY kutatási és ipari partnerei számára; kvantumhardver benchmarking, tesztelése és ellenőrzése; és egy kvantummetrológiai program futtatása csapdába ejtett ionórák segítségével, hogy a Standard Modellen túlmutató „új fizikát” keressen. Egyedi képzési program is készül a kezdőknek, akik szeretnének elsajátítani a kvantumszámítás alapjait, valamint a kutatás és az ipar haladó szakembereit célozzák meg.

A haladás biztató, a CQTA kiemelt projektjei már folyamatban vannak a DESY alapvető fizikai programjainak támogatására. A Laser Und XFEL Experiment (LUXE) például egy kutatási együttműködés a DESY tudósai és a hamburgi European X-ray Free Electron Laser (Eu.XFEL) munkatársai között a kvantumelektrodinamikai (QED) folyamatok tanulmányozása céljából. „erős térhatárnak” nevezik (lényegében egy nagy intenzitású optikai lézer és az Eu.XFEL 16.5 GeV-os elektronsugara kölcsönhatását vizsgálja).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg" data-caption="Karl Jansen „A nagyenergiájú fizika alkalmazásaihoz kifejlesztett kvantum algoritmusok és módszerek számos ipari problémára átültethetők – és fordítva.” (Jó: DESY)” title=”Kattintson a kép megnyitásához a felugró ablakban” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg”>Karl Jansen
Karl Jansen „A nagyenergiájú fizika alkalmazásaihoz kifejlesztett kvantum algoritmusok és módszerek számos ipari problémára átültethetők – és fordítva.” (Jó: DESY)

A CQTA kutatói a maguk részéről a LUXE-n belül alapelv-ellenőrző tanulmányokat folytatnak, kvantumhardvert telepítve a kapu alapú kvantumszámítógépek mintafelismerésre való felhasználásának vizsgálatára a részecske-pálya rekonstrukcióban. A remény az, hogy a LUXE-n belül kifejlesztett kvantumalgoritmusokat és módszereket más nagyenergiájú fizikai létesítményekben végzett kísérletekbe is át lehet majd vinni, így a tudósok hatalmas mennyiségű adatot hatékonyabban dolgozhatnak fel.

A kutatás másik aktív területe a zaj hatása a kvantumalgoritmusokban. „A mai kvantumszámítógépek nagyon zajosak – mondja Jansen –, de ez a zaj hasznos lehet, ha egy algoritmus „beszorul” a paramétertér egyik sarkában. Más szavakkal, ha némi zajt adunk hozzá, az algoritmust a rossz eredménytől a keresett megoldás felé terelheti (bár a túl sok zaj azt jelenti, hogy egyáltalán nem talál megoldást). „Minden esetben a „sweet-spot”-ra és az optimális zajszintre törekszünk” – teszi hozzá Jansen.

Kvantumelőny az iparban

Eközben a kvantumszámítástechnikát már számos ipari alkalmazásban „zavaróként” hirdetik, beleértve a gyógyszerkutatást és -fejlesztést, a logisztikai optimalizálást és a pénzügyi modellezést. E tekintetben egy esettanulmány a CQTA és a Forschungszentrum Jülich, egy másik német nemzeti kutatóintézet tudósai közötti K+F együttműködés, amely a repülőterek „repülőkapu-kiosztási problémáját” vizsgálja – és konkrétan azt, hogyan lehet maximalizálni az összeköttetést és az ütemezést a bejövő és a beutazás között. kiutazó járatok.

Egy működő repülőtér adatainak felhasználásával a CQTA-Jülich csapata megpróbálja feltárni a kvantumszámítással való rejtett összefüggéseket, és ezáltal gyorsabban és hatékonyabban megoldani ezeket a problémákat. A nagyobb kép itt az, hogy a kapukiosztási probléma matematikai leírása és megoldása más iparági és kormányzati érdeklődésre számot tartó területeken is alkalmazható, beleértve a forgalomirányítást, a flottalogisztikai szolgáltatásokat és a nagy sportesemények tömegszabályozását. „Az az érdekes – jegyzi meg Jansen –, hogy az általunk a nagyenergiájú fizika alkalmazásaihoz kifejlesztett kvantum algoritmusok és módszerek számos ipari problémára alkalmazhatók – és viszont. "

Némileg meglepő módon a CQTA-tanulmány egy másik aktív területe a kvantumszámítás tudományos, technikai és művészi alkalmazásai a zenében. Egyre nagyobb az érdeklődés a zenészek és producerek kreatív és kereskedelmi lehetőségei iránt, amint azt a Quantum Computing and Musical Creativity Második Nemzetközi Szimpózium is bizonyítja, amelyet 2023 októberében Berlinben tartottak (amelyet a CQTA és a Plymouth Egyetem közösen rendeztek). Egyesült Királyság). „Miután kellő tapasztalatot szerezünk a CQTA-ban” – mondja Jansen, „az elképzelés egy kvantumszintetizátor megépítése, hogy a kvantumszámítástechnikával fogalmuk sincs a hangszerrel teljesen új hangok létrehozására.”

Befektetés partnerségekbe

Annak ellenére, hogy a CQTA az elmúlt két évben előrehaladt, Jansen és munkatársai azon is dolgoztak, hogy a CQTA kínálatát stratégiaibb módon bővítsék.
szint. Valójában a CQTA-t tavaly elfogadták IBM Quantum Innovation Centerként, amely hozzáférést biztosít a Fortune 500 listán szereplő vállalatok, induló vállalkozások, egyetemek és nemzeti kutatólaboratóriumok globális K+F hálózatához, amelyek mindegyike együttműködik az IBM-mel a kvantumszámítási technológiák fejlesztésében és fejlesztésében. alkalmazások. Az IBM-hez való kötődés kétszeresen is jelentős, tekintve, hogy a CQTA a kvantumokra vonatkozó speciális műszaki tanácsadási és facilitációs szolgáltatások szolgáltatójaként pozicionálja magát.

A DESY kvantumtechnológiai munkacsoportot hozott létre kvantum-kutatási és fejlesztési erőfeszítéseinek koordinálására, a CQTA pedig a kvantumszámítás és a kvantumérzékelés fókuszpontja.

„A CQTA csapata azért van itt, hogy segítse az ipari, tudományos és kormányzati partnereket abban, hogy matematikailag úgy fogalmazzák meg problémáikat, hogy kvantumszámítógépen futhassanak” – jegyzi meg Jansen. "Az IBM-mel ápolt szoros munkakapcsolatunk azt jelenti, hogy képesek vagyunk harmadik felek díjköteles hozzáférését közvetíteni az IBM élvonalbeli kvantumhardvereihez és szoftvereihez – így kvantumszámítástechnikával kibontjuk az összetett tudományos és technológiai problémákat."

Ez a fokozott láthatóság és felismerés más vonatkozásban is működik – nem utolsósorban a CQTA „kvantumgyorsítóként” és regionális központként betöltött szerepe Brandenburg államban, ahol a helyi kormányzat célja a kvantumtechnológiák globálisan jelentős bázisának megteremtése az év végére. az évtized. „Jelenleg a brandenburgi régió érintett szereplőinek összekapcsolása és a közös kezdeményezések feltárása – például a kvantummunkaerő kiépítése, valamint az alkalmazott kutatási és innovációs hálózatok” – mondja Jansen.

Miközben a CQTA tudósai és mérnökei továbbra is a kvantumszámítástechnika újszerű alkalmazásait kutatják, Jansen már keresi a fenntartható, hosszú távú üzleti modellt a kezdeményezéshez, amelyet jelenleg a Brandenburgi tartomány kormánya, a Német Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) finanszíroz. ), az Európai Unió Horizont programja és az ipari partnerek hálózata. 

„A CQTA üzleti tervének építőkövei nagyon folyamatban lévő munkák” – fejezi be Jansen, „hangsúlyt a K+F együttműködésre, az alkalmazott tudományos tanácsadásra, és több mint valószínű, hogy a technológiai fordítás és a kereskedelmi piac kiválása felé fordulnak. induló vállalkozások.”

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa