Kolaborasi membentuk prioritas dalam ekosistem kuantum DESY – Dunia Fisika

<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="Keanekaragaman kuantum Ilmuwan CQTA memberikan dukungan teknis khusus kepada mitra akademis, industri, dan pemerintah dalam komputasi kuantum dan penginderaan kuantum. Tim saat ini terdiri dari tiga anggota staf, satu koordinator proyek, tiga postdocs dan sembilan mahasiswa pascasarjana. (Sumber: DESY)” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem -fisika-dunia.jpg”>

Sebagai laboratorium nasional Jerman yang berakar pada fisika, dan salah satu pusat penelitian akselerator terkemuka di dunia, upaya ilmiah DESY terbagi dalam empat tema utama: fisika partikel, ilmu foton, fisika astropartikel, dan fisika akselerator. Jalur penelitian yang saling melengkapi tersebut, yang dilakukan dengan jaringan mitra nasional dan internasional, berarti DESY menarik lebih dari 3000 ilmuwan tamu dari lebih dari 40 negara setiap tahunnya. Laboratorium ini juga merupakan pusat penelitian dan pengembangan yang didambakan oleh industri, dengan fasilitas eksperimental terdepan yang menawarkan tambahan unik pada jalur inovasi perusahaan kecil dan menengah di Eropa serta perusahaan teknologi yang sudah mapan.

Tim CQTA hadir untuk membantu mitra industri, akademisi, dan pemerintah untuk merumuskan permasalahannya sedemikian rupa sehingga dapat dijalankan di komputer kuantum

Model kerja yang berorientasi ke luar ini mendasari upaya penelitian dan pengembangan yang berupaya membangun kemampuan DESY dalam sains dan teknologi kuantum. Tujuannya: untuk mendukung beragam program fisika energi tinggi di laboratorium, sekaligus memungkinkan segala jenis dampak hilir dalam aplikasi industri dan komersial. Upaya tersebut disalurkan melalui Pusat Teknologi dan Aplikasi Kuantum (CQTA), yang didirikan di kampus Zeuthen DESY di pinggiran Berlin dengan dana awal sebesar €15 juta dari negara bagian Brandenburg.

Diluncurkan pada Januari 2022, CQTA berupaya memanfaatkan program sains dasar DESY dalam komputasi kuantum, material kuantum, dan penginderaan kuantum. “DESY telah membentuk satuan tugas teknologi kuantum untuk mengoordinasikan upaya penelitian dan pengembangan kuantum, dengan CQTA menyediakan titik fokus untuk implementasi operasional komputasi kuantum dan penginderaan kuantum,” kata Karl Jansen, kepala CQTA dan profesor fisika di DESY. “Portofolio aktivitas kami di CQTA terus berkembang dan apa yang kami harapkan sebagai hasilnya adalah mengidentifikasi kasus-kasus penggunaan di mana kami dapat dengan jelas memberikan 'keunggulan kuantum' melalui metode komputasi kuantum.”

Keuntungan kuantum dalam sains

Dalam hal prioritas operasional, tugas CQTA berjalan pada beberapa jalur utama: mengembangkan algoritma dan metode kuantum; memfasilitasi akses ke perangkat keras komputasi kuantum untuk penelitian DESY dan mitra industri; benchmarking, pengujian dan verifikasi perangkat keras kuantum; dan menjalankan program metrologi kuantum menggunakan jam ion yang terperangkap untuk mencari “fisika baru” di luar Model Standar. Ada juga program pelatihan khusus yang dirancang untuk melayani pemula yang ingin memahami dasar-dasar komputasi kuantum, serta menargetkan praktisi tingkat lanjut dalam penelitian dan industri.

Pusat SQMS Fermilab menangani semua aspek 'teka-teki kuantum'

Kemajuannya menggembirakan, dengan proyek unggulan CQTA yang sudah berjalan untuk mendukung program inti fisika DESY. Eksperimen Laser Und XFEL (LUXE), misalnya, adalah kolaborasi penelitian antara ilmuwan DESY dan rekan mereka di European X-ray Free Electron Laser (Eu.XFEL) di Hamburg untuk mempelajari proses elektrodinamika kuantum (QED) di so- disebut “perbatasan medan kuat” (pada dasarnya menyelidiki interaksi laser optik intensitas tinggi dan berkas elektron 16.5 GeV dari 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 “Algoritme dan metode kuantum yang kami kembangkan untuk aplikasi fisika energi tinggi dapat diterapkan ke banyak masalah industri – dan sebaliknya.” (Sumber: DESY)” title=”Klik untuk membuka gambar dalam popup” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg”>

Peneliti CQTA, pada bagiannya, sedang melakukan studi pembuktian prinsip di LUXE, menerapkan perangkat keras kuantum untuk menyelidiki penggunaan komputer kuantum berbasis gerbang untuk pengenalan pola dalam rekonstruksi jalur partikel. Harapannya adalah algoritma dan metode kuantum yang dikembangkan di LUXE akan dapat diterapkan pada eksperimen di fasilitas fisika energi tinggi lainnya, sehingga membantu para ilmuwan memproses data dalam jumlah besar dengan cara yang lebih efisien.

Bidang penyelidikan aktif lainnya adalah dampak kebisingan dalam algoritma kuantum. “Komputer kuantum saat ini sangat berisik,” kata Jansen, “tetapi kebisingan tersebut dapat berguna jika suatu algoritma 'terjebak' di sudut ruang parameter.” Menambahkan beberapa noise, dengan kata lain, dapat membuat algoritma menjauh dari hasil yang salah menuju solusi yang dicari (walaupun terlalu banyak noise berarti tidak ada solusi yang ditemukan sama sekali). “Apa yang kami cari dalam setiap kasus adalah 'sweet-spot' dan jumlah kebisingan yang optimal,” tambah Jansen.

Keuntungan kuantum dalam industri

Sementara itu, komputasi kuantum telah disebut-sebut sebagai “pengganggu” di berbagai aplikasi industri, termasuk penemuan dan pengembangan obat, optimalisasi logistik, dan pemodelan keuangan. Studi kasus dalam hal ini adalah kolaborasi penelitian dan pengembangan antara para ilmuwan di CQTA dan Forschungszentrum Jülich, lembaga penelitian nasional Jerman lainnya, yang mengamati “masalah penugasan gerbang penerbangan” di bandara – dan khususnya, bagaimana memaksimalkan konektivitas dan penjadwalan antara penerbangan masuk dan keluar. penerbangan keluar.

Dengan menggunakan data dari bandara operasional, tim CQTA-Jülich mencoba mengungkap korelasi tersembunyi dengan komputasi kuantum dan, dengan demikian, memecahkan masalah ini dengan lebih cepat dan efisien. Gambaran yang lebih besar di sini adalah bahwa deskripsi matematis dan solusi masalah penetapan gerbang juga dapat diterapkan pada bidang lain yang menjadi perhatian industri dan pemerintah, termasuk manajemen lalu lintas, layanan logistik armada, dan pengendalian massa pada acara olahraga besar. “Yang menarik,” kata Jansen, “adalah algoritma dan metode kuantum yang telah kami kembangkan untuk aplikasi fisika energi tinggi dapat diterapkan pada banyak permasalahan industri – dan sebaliknya. "

CERN QTI: memanfaatkan ilmu pengetahuan besar untuk mempercepat inovasi kuantum

Agak mengejutkan, bidang aktif lain dari studi CQTA melibatkan penerapan ilmiah, teknis, dan artistik dari komputasi kuantum dalam musik. Ada peningkatan minat terhadap peluang kreatif dan komersial bagi musisi dan produser, sebagaimana dibuktikan oleh Simposium Internasional Kedua tentang Komputasi Kuantum dan Kreativitas Musik, yang diadakan di Berlin pada bulan Oktober 2023 (dan diselenggarakan bersama oleh CQTA dan Universitas Plymouth, Inggris). “Setelah kami memperoleh cukup pengalaman di CQTA,” kata Jansen, “visinya adalah membangun synthesizer kuantum sehingga musisi yang tidak memiliki pemahaman tentang komputasi kuantum dapat menggunakan instrumen tersebut untuk menciptakan suara yang benar-benar baru.”

Berinvestasi dalam kemitraan

Terlepas dari kemajuan operasional CQTA selama dua tahun terakhir, Jansen dan rekannya juga telah berupaya untuk meningkatkan penawaran CQTA dengan cara yang lebih strategis.
tingkat. Memang benar, CQTA diterima tahun lalu sebagai IBM Quantum Innovation Center, yang membuka akses ke jaringan penelitian dan pengembangan global yang terdiri dari perusahaan-perusahaan Fortune 500, start-up, universitas, dan laboratorium penelitian nasional, yang semuanya bekerja sama dengan IBM untuk memajukan teknologi komputasi kuantum dan aplikasi. Kerja sama dengan IBM sangatlah penting mengingat CQTA memposisikan dirinya sebagai penyedia layanan konsultasi teknis dan fasilitasi khusus untuk segala hal yang berkaitan dengan kuantum.

DESY telah membentuk gugus tugas teknologi kuantum untuk mengoordinasikan upaya penelitian dan pengembangan kuantum, dengan CQTA yang menyediakan titik fokus untuk komputasi kuantum dan penginderaan kuantum.

“Tim CQTA hadir untuk membantu mitra industri, akademisi, dan pemerintah untuk merumuskan permasalahan mereka secara matematis sedemikian rupa sehingga dapat dijalankan di komputer kuantum,” catat Jansen. “Hubungan kerja erat kami dengan IBM berarti kami dapat, secara lebih luas, memediasi akses berbasis biaya bagi pihak ketiga terhadap perangkat keras dan perangkat lunak kuantum mutakhir IBM – mengungkap permasalahan ilmiah dan teknologi yang kompleks melalui komputasi kuantum.”

Peningkatan visibilitas dan pengakuan ini juga bermanfaat – salah satunya adalah peran CQTA sebagai “akselerator kuantum” dan pusat regional di negara bagian Brandenburg, di mana pemerintah daerah bermaksud untuk menciptakan basis teknologi kuantum yang signifikan secara global pada akhir tahun 2018. dekade ini. “Saat ini,” kata Jansen, “yang terpenting adalah menghubungkan pemangku kepentingan yang relevan di wilayah Brandenburg dan mengeksplorasi inisiatif bersama – misalnya, membangun tenaga kerja kuantum, serta penelitian terapan dan jaringan inovasi.”

Inovasi QUANT-NET yang telah diuji: menata ulang jaringan kuantum

Sementara para ilmuwan dan insinyur CQTA terus mengeksplorasi aplikasi baru untuk komputasi kuantum, Jansen sudah mencari model bisnis jangka panjang yang berkelanjutan untuk inisiatif tersebut, yang saat ini didanai oleh pemerintah negara bagian Brandenburg, Kementerian Pendidikan dan Penelitian Federal Jerman (BMBF). ), program Horizon Uni Eropa dan jaringan mitra industri. 

“Hal-hal yang mendasari rencana bisnis CQTA masih dalam proses,” Jansen menyimpulkan, “dengan penekanan pada kolaborasi penelitian dan pengembangan, konsultasi ilmiah terapan, dan, kemungkinan besar, fokus pada penerjemahan teknologi dan pengembangan teknologi komersial. usaha start-up.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem/