La Quantum Technology Initiative (QTI) del CERN è progettata per migliorare la collaborazione tra le comunità di fisica delle alte energie e tecnologia quantistica. Joe McEntee parla con Benjamin Frisch, membro del team di gestione QTI del CERN e del gruppo di trasferimento delle conoscenze del CERN, sui risultati ottenuti fino ad oggi e sulle priorità per la prossima fase dell'iniziativa, iniziata nel gennaio 2024
Quali sono gli obiettivi a lungo termine del CERN QTI?
Nei suoi primi tre anni, il CERN QTI ha accelerato il dialogo tra le comunità della fisica delle alte energie (HEP) e della tecnologia quantistica. Si tratta di creare una comprensione dei vantaggi reciproci, identificare le opportunità offerte dalla quantistica nell'HEP e stabilire aree specifiche di competenza in cui gli scienziati e gli ingegneri del CERN possono contribuire allo sviluppo di tecnologie e applicazioni quantistiche, sia all'interno del CERN che nell'industria e nel mondo. economia più ampia.
La roadmap QTI del CERN, pubblicata nel 2021, modella la nostra attività rispetto a una serie di obiettivi strategici, tra cui: sviluppo scientifico/tecnico e rafforzamento delle capacità; creazione di partenariati di co-sviluppo con l’industria e il mondo accademico; creazione di una comunità di tecnologia quantistica all’interno dell’HEP; e una stretta integrazione con iniziative quantistiche nazionali e internazionali. Questi punti di riferimento si traducono in un diversificato impegno di ricerca e sviluppo al CERN e in progetti specifici che abbracciano la teoria quantistica e la simulazione; calcolo quantistico e algoritmi; rilevamento quantistico e nanotecnologie correlate; e reti quantistiche.
Quindi stai cercando una maggiore convergenza tra le comunità HEP e della tecnologia quantistica?
Corretto. Il CERN QTI aspira a fungere da punto focale per la collaborazione di ricerca e sviluppo e lo scambio di conoscenze tra le comunità HEP e della tecnologia quantistica, siano essi partner accademici, industriali o governativi. L'istruzione, la sensibilizzazione e la diffusione tecnica sono le priorità. Un esempio calzante, creato e organizzato dal CERN QTI, è la Conferenza internazionale sulle tecnologie quantistiche per la fisica delle alte energie (QT4HEP). La prima edizione, tenutasi al CERN nel novembre 2022, ha attirato più di 250 esperti internazionali (vedi “The QC4HEP White Paper: la corsa per il vantaggio quantistico”, di seguito). Successivamente, nel novembre 2023, il CERN ha ospitato la settima edizione della conferenza interdisciplinare Quantum Techniques in Machine Learning (QTML) con oltre 330 partecipanti.
Più specificamente, in che modo il QTI del CERN massimizza il coinvolgimento con l’industria quantistica e la catena di fornitura?
Trasferimento delle Conoscenze del CERN (KT) gIl gruppo cura le attività del QTI del CERN in termini di strategia di coinvolgimento industriale. Ciò inizia con un'analisi dell'ecosistema industriale negli stati membri e associati del CERN, oltre a una revisione delle esigenze insoddisfatte lungo la catena di fornitura quantistica. Tutto ciò viene poi confrontato con il know-how e le tecnologie quantistiche del CERN per informare le discussioni con l'industria su licenze, consulenza, progetti di co-sviluppo e proprietà intellettuale.
Collegamenti formali con i principali attori della catena di fornitura quantistica sono stati stabiliti attraverso l'adesione associata del CERN allo European Quantum Industry Consortium (QuIC), un'associazione commerciale paneuropea per l'industria quantistica. La visibilità è tutto in questo senso, ed è per questo che il CERN QTI ha una presenza di spicco come espositori in eventi di punta come la Conferenza europea sulle tecnologie quantistiche (tenutasi ad Hannover, in Germania, in ottobre) per evidenziare il CERN come potenziale partner di innovazione per le aziende di tecnologia quantistica.
In che modo il CERN QTI sostiene sforzi più ampi per sviluppare la forza lavoro specializzata in quantistica?
Un'iniziativa del CERN da incoraggiare la fertilizzazione incrociata tra HEP e il settore della tecnologia quantistica include naturalmente un impegno per lo sviluppo di capacità. Il CERN è un crogiolo di oltre 16 persone: scienziati e ingegneri, dottorandi e studenti laureati, nonché più di 000 utenti scientifici provenienti da istituti di ricerca e università di tutto il mondo.
Oltre alla formazione pratica, il CERN QTI offre a questa forza lavoro diversificata istruzione continua, formazione e sviluppo professionale in tutto ciò che riguarda la quantistica, tra cui, ad esempio, il QTI Journal Club, il QTI Theory Forum, nonché un ampio programma di lezioni e workshop sulla scienza quantistica. e scuole. Tra gli eventi formativi di punta del CERN QTI c'è il corso introduttivo online in sette parti sull'informatica quantistica tenuto da Elias Combarro (Università di Oviedo, Spagna). Il corso è stato trasmesso in diretta e in chiaro alla fine del 2020 e registra ancora oggi un notevole coinvolgimento.
Il Libro bianco QC4HEP: la corsa al vantaggio quantistico
La formazione di un gruppo di lavoro dedicato sul calcolo quantistico per HEP (QC4HEP) è stata tra gli sviluppi principali della conferenza internazionale sulle tecnologie quantistiche per la fisica delle alte energie (QT4HEP), che si è svolta al CERN nel novembre 2022.
Il gruppo di lavoro, che comprende più di 50 membri provenienti da istituti HEP di UE, Stati Uniti e Giappone, ha il compito di analizzare il potenziale dell’informatica quantistica per realizzare un “cambiamento paradigmatico” nell’hardware e nel software informatici per le scienze naturali e oltre.
“Stiamo valutando la possibilità di stimare caso per caso le risorse necessarie per raggiungere il cosiddetto vantaggio quantistico, dove calcoli irraggiungibili o estremamente costosi con le macchine classiche diventano possibili o pratici con i computer quantistici”, spiega Michele Grossi , ricercatore senior quantistico al CERN e membro del QTI del CERN e del gruppo di lavoro QC4HEP. “Il gruppo riconosce che la comunità HEP è fondamentale per sbloccare la potenza dell’informatica quantistica, poiché il campo è una ricca fonte di impegnativi problemi computazionali”.
Non manca nemmeno lo slancio. Nel luglio di quest’anno, il gruppo di lavoro QC4HEP ha pubblicato un libro bianco (disponibile su arXiv) per identificare i casi d’uso nella fisica delle particelle teorica e sperimentale in cui il calcolo quantistico potrebbe produrre significativi vantaggi a lungo termine. Il documento è scritto da esperti del CERN, DESY, IBM Quantum e oltre 30 altre organizzazioni.
“In termini di aspetti teorici della fisica delle particelle”, aggiunge Grossi, “ci sono aree promettenti legate all’evoluzione degli stati quantistici, alla teoria del reticolo di Gauge, alle oscillazioni dei neutrini e alle teorie quantistiche dei campi in generale. Dal punto di vista sperimentale, nel frattempo, il Libro Bianco individua aree relative alla ricostruzione di getti e tracce durante collisioni di particelle ad alta energia, estrazione di segnali rari, problemi del Modello Standard e oltre e sciami partonici [cascate di radiazioni]”.
Il gruppo di lavoro sta attualmente dando la priorità a una serie di applicazioni HEP da implementare come parte della sfida “100×100” di IBM Quantum, un banco di prova di calcolo quantistico di prossima generazione che sarà online nel 2024.
Ulteriori letture
Alberto Di Meglio et al. 2023 Informatica quantistica per la fisica delle alte energie: stato dell'arte e sfide. Sintesi del gruppo di lavoro QC4HEP arXiv
Quali lezioni sono state apprese durante la Fase I del CERN QTI?
È incoraggiante vedere un ampio riconoscimento dell’esperienza del CERN QTI come forza trainante per la collaborazione scientifica tra le discipline – agendo in effetti come un “mediatore onesto” che collega le comunità HEP e della tecnologia quantistica. Ci sono stati anche progressi tangibili, con i progetti portati avanti nei primi due anni del QTI del CERN che indicano opportunità a lungo termine per le tecnologie quantistiche in molte aree dell'HEP, dalle considerazioni teoriche e le infrastrutture di calcolo quantistico per l'analisi dei "big data" alla prossima generazione progetti di rivelatori in diversi regimi energetici.
Le innovazioni del banco di prova di QUANT-NET: reinventare la rete quantistica
Collaborando con partner industriali e accademici, il CERN QTI si impegna anche ad ampliare la pipeline di talenti, sia supportando programmi scientifici qui al CERN sia trasferendo quelle ambite competenze nella emergente catena di fornitura quantistica. Quest’ultimo è fondamentale: mentre molte entità commerciali nel settore quantistico stanno registrando una crescita significativa, quelle stesse aziende stanno lottando per ricoprire ruoli tecnici essenziali necessari per accelerare, e in definitiva sostenere, tale crescita.
Qual è il futuro del QTI del CERN?
Al via la fase II dell'iniziativanel gennaio 2024 e si concentra sul consolidamento, dando priorità a una serie di indagini con potenziali impatti rivoluzionari per il programma di ricerca HEP del CERN. Dal punto di vista organizzativo, ci saranno quattro Centri di Competenza tematici (CC). Il CC sulle infrastrutture e sugli algoritmi ibridi di calcolo quantistico, ad esempio, svilupperà una solida comprensione delle prestazioni e dell’uso ottimale dei sistemi di calcolo quantistico (compresa l’integrazione con centri di calcolo ad alte prestazioni), garantendo che i requisiti della comunità HEP siano presi in considerazione conto all’interno della catena di fornitura del settore. In questo ambito saranno essenziali partenariati di co-sviluppo adattati ai casi d’uso del CERN.
Il CC sulle tecnologie del CERN come dimostratori di piattaforme quantistiche svilupperà competenze legate al calcolo quantistico e alle tecnologie di rilevamento con applicazioni dirette alla fisica oltre il modello standard. Nel frattempo, il CC on Quantum Networking mira a posizionare il CERN come parte della comunità di ricerca e sviluppo per le comunicazioni quantistiche, apportando competenze specialistiche per implementare nuovi protocolli di rete quantistica.
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/cern-qti-harnessing-big-science-to-accelerate-quantum-innovation/
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