Współpraca kształtuje priorytety w ekosystemie kwantowym DESY – Physics World

<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="Różnorodność kwantowa Naukowcy z CQTA zapewniają partnerom akademickim, przemysłowym i rządowym specjalistyczne wsparcie techniczne w zakresie obliczeń kwantowych i wykrywania kwantowego. Zespół składa się obecnie z trzech pracowników, jednego koordynatora projektu, trzech doktorantów i dziewięciu doktorantów. (Dzięki uprzejmości: DESY)” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem -świat-fizyki.jpg”>

Jako niemieckie laboratorium krajowe zakorzenione w fizyce i jedno z wiodących na świecie ośrodków badań nad akceleratorami, wysiłki naukowe DESY obejmują cztery główne tematy: fizyka cząstek elementarnych, nauka o fotonach, fizyka astrocząstek i fizyka akceleratorów. Te uzupełniające się ścieżki badawcze, realizowane wraz z siecią partnerów krajowych i międzynarodowych, oznaczają, że DESY przyciąga co roku ponad 3000 zaproszonych naukowców z ponad 40 krajów. Laboratorium jest także pożądanym ośrodkiem badawczo-rozwojowym dla przemysłu, a jego najnowocześniejsze obiekty eksperymentalne stanowią wyjątkowe uzupełnienie innowacyjnych rozwiązań europejskich małych i średnich przedsiębiorstw, a także uznanych firm technologicznych.

Zespół CQTA jest tutaj, aby pomóc partnerom przemysłowym, akademickim i rządowym w formułowaniu ich problemów w taki sposób, aby można je było uruchomić na komputerze kwantowym

Ten skierowany na zewnątrz model działania stanowi podstawę rodzących się przedsięwzięć badawczo-rozwojowych mających na celu wykorzystanie możliwości DESY w dziedzinie nauki i technologii kwantowej. Cel: wsparcie zróżnicowanego programu laboratorium w zakresie fizyki wysokich energii, a jednocześnie umożliwienie wszelkiego rodzaju dalszych oddziaływań w zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych. Wysiłki te są realizowane za pośrednictwem Centrum Technologii i Zastosowań Kwantowych (CQTA), utworzonego na terenie kampusu DESY w Zeuthen na obrzeżach Berlina, dzięki dofinansowaniu w wysokości 15 mln euro ze środków zalążkowych Brandenburgii.

Rozpoczęty w styczniu 2022 r. projekt CQTA ma na celu wykorzystanie podstawowych programów naukowych DESY w zakresie obliczeń kwantowych, materiałów kwantowych i wykrywania kwantowego. „DESY powołała grupę zadaniową ds. technologii kwantowych, która ma koordynować wysiłki w zakresie badań i rozwoju kwantowego, przy czym CQTA stanowi centralny punkt operacyjnego wdrażania obliczeń kwantowych i wykrywania kwantowego” – mówi Karl Jansen, szef CQTA i profesor fizyki w DESY. „Nasze portfolio działań w CQTA stale się poszerza i mamy nadzieję, że w rezultacie uda nam się zidentyfikować przypadki użycia, w których możemy wyraźnie zapewnić „przewagę kwantową” dzięki metodom obliczeń kwantowych”.

Przewaga kwantowa w nauce

Jeśli chodzi o priorytety operacyjne, kompetencje CQTA obejmują kilka głównych obszarów: opracowywanie algorytmów i metod kwantowych; ułatwianie dostępu do sprzętu do obliczeń kwantowych partnerom badawczym i przemysłowym DESY; benchmarking, testowanie i weryfikacja sprzętu kwantowego; oraz prowadzenie programu metrologii kwantowej z wykorzystaniem zegarów z uwięzionymi jonami w celu poszukiwania „nowej fizyki” wykraczającej poza Model Standardowy. Trwają także prace nad niestandardowym programem szkoleniowym, przeznaczonym dla początkujących, którzy chcą opanować podstawy obliczeń kwantowych, a także skierowanym do zaawansowanych praktyków z sektora badawczego i przemysłowego.

Centrum SQMS firmy Fermilab zajmuje się wszystkimi aspektami „łamigłówki kwantowej”

Postęp jest zachęcający, a sztandarowe projekty CQTA są już w toku wspierające podstawowe programy z fizyki DESY. Na przykład eksperyment Laser Und XFEL (LUXE) to projekt współpracy badawczej pomiędzy naukowcami z DESY i ich odpowiednikami z europejskiego rentgenowskiego lasera na swobodnych elektronach (Eu.XFEL) w Hamburgu, którego celem jest badanie procesów elektrodynamiki kwantowej (QED) w tzw. zwane „granicą silnego pola” (zasadniczo badające interakcje lasera optycznego o dużej intensywności i wiązki elektronów 16.5 GeV z Eu.XFEL).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg" data-caption="Karola Jansena „Algorytmy i metody kwantowe, które opracowaliśmy do zastosowań w fizyce wysokich energii, można przenieść na wiele problemów przemysłowych – i odwrotnie”. (Dzięki uprzejmości: DESY)” title=”Kliknij, aby otworzyć obraz w wyskakującym okienku” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg”>

Ze swojej strony badacze CQTA prowadzą w ramach LUXE badania sprawdzające słuszność zasad, wdrażając sprzęt kwantowy w celu zbadania możliwości wykorzystania komputerów kwantowych opartych na bramkach do rozpoznawania wzorców w rekonstrukcji ścieżek cząstek. Istnieje nadzieja, że ​​algorytmy i metody kwantowe opracowane w ramach projektu LUXE będzie można przenieść do eksperymentów w innych ośrodkach zajmujących się fizyką wysokich energii, pomagając naukowcom w efektywniejszym przetwarzaniu ogromnych ilości danych.

Innym aktywnym obszarem badań jest wpływ szumu na algorytmy kwantowe. „Współczesne komputery kwantowe są bardzo hałaśliwe”, mówi Jansen, „ale szum ten może być pomocny, jeśli algorytm „utknie” w rogu przestrzeni parametrów”. Innymi słowy, dodanie szumu może skierować algorytm od błędnego wyniku w kierunku szukanego rozwiązania (chociaż zbyt duży szum będzie oznaczał, że w ogóle nie znaleziono rozwiązania). „W każdym przypadku szukamy najlepszego rozwiązania i optymalnej ilości hałasu” – dodaje Jansen.

Przewaga kwantowa w przemyśle

Tymczasem obliczenia kwantowe są już reklamowane jako „przełomowe” w szeregu zastosowań przemysłowych, w tym w odkrywaniu i opracowywaniu leków, optymalizacji logistyki i modelowaniu finansowym. Studium przypadku w tym zakresie stanowi współpraca badawczo-rozwojowa pomiędzy naukowcami z CQTA i Forschungszentrum Jülich, innego niemieckiego krajowego instytutu badawczego, mająca na celu zbadanie „problemu przydzielania bramek” na lotniskach – a w szczególności tego, jak zmaksymalizować łączność i rozkłady lotów między przylotami i lotami. loty wychodzące.

Wykorzystując dane z działającego lotniska, zespół CQTA-Jülich próbuje wydobyć ukryte korelacje z obliczeniami kwantowymi i w ten sposób szybciej i skuteczniej rozwiązać te problemy. Szerszy obraz jest taki, że matematyczny opis i rozwiązanie problemu przydzielania bramek można również zastosować w innych obszarach zainteresowań przemysłu i rządu, w tym w zarządzaniu ruchem, usługach logistyki floty i kontroli tłumu na dużych imprezach sportowych. „Co ciekawe” – zauważa Jansen – „jest to, że algorytmy i metody kwantowe, które opracowaliśmy do zastosowań w fizyce wysokich energii, można przenieść na wiele problemów przemysłowych – i odwrotnie".

CERN QTI: wykorzystanie dużej nauki do przyspieszenia innowacji kwantowych

Co nieco zaskakujące, innym aktywnym obszarem badań CQTA są naukowe, techniczne i artystyczne zastosowania obliczeń kwantowych w muzyce. Rośnie tu zainteresowanie kreatywnymi i komercyjnymi możliwościami dla muzyków i producentów, o czym świadczy Drugie Międzynarodowe Sympozjum na temat obliczeń kwantowych i kreatywności muzycznej, które odbyło się w Berlinie w październiku 2023 r. (współorganizowane przez CQTA i Uniwersytet w Plymouth, Wielkiej Brytanii). „Kiedy zdobędziemy wystarczające doświadczenie w CQTA” – mówi Jansen – „wizja polega na zbudowaniu syntezatora kwantowego, tak aby muzycy niemający pojęcia o obliczeniach kwantowych mogli używać instrumentu do tworzenia zupełnie nowych dźwięków”.

Inwestowanie w partnerstwa

Niezależnie od postępu operacyjnego CQTA w ciągu ostatnich dwóch lat, Jansen i współpracownicy pracowali również nad udoskonaleniem oferty CQTA w bardziej strategicznym
poziom. Rzeczywiście, CQTA zostało przyjęte w zeszłym roku jako Centrum Innowacji IBM Quantum, otwierając dostęp do globalnej sieci badawczo-rozwojowej składającej się z firm z listy Fortune 500, start-upów, uniwersytetów i krajowych laboratoriów badawczych, z których wszystkie współpracują z IBM w celu udoskonalania technologii obliczeń kwantowych i Aplikacje. Współpraca z IBM jest podwójnie znacząca, biorąc pod uwagę, że CQTA pozycjonuje się jako dostawca specjalistycznych usług doradztwa technicznego i ułatwień we wszystkich kwestiach kwantowych.

DESY powołała grupę zadaniową ds. technologii kwantowych w celu koordynowania wysiłków w zakresie badań i rozwoju kwantowego, przy czym CQTA stanowi centralny punkt w dziedzinie obliczeń kwantowych i wykrywania kwantowego

„Zespół CQTA przybył, aby pomóc partnerom przemysłowym, akademickim i rządowym w formułowaniu ich problemów matematycznie w taki sposób, aby można je było uruchomić na komputerze kwantowym” – zauważa Jansen. „Nasza ścisła współpraca z IBM oznacza, że ​​jesteśmy w stanie pośredniczyć w świadczeniu stronom trzecim płatnego dostępu do najnowocześniejszego sprzętu i oprogramowania kwantowego IBM, rozwiązując złożone problemy naukowe i technologiczne za pomocą obliczeń kwantowych”.

Ta zwiększona widoczność i rozpoznawalność sprawdza się również w innych aspektach – zwłaszcza w odniesieniu do roli CQTA jako „akceleratora kwantowego” i regionalnego centrum w Brandenburgii, gdzie władze lokalne zamierzają do końca roku stworzyć liczącą się w skali globalnej bazę dla technologii kwantowych. dekada. „W tej chwili” – mówi Jansen – „chodzi o połączenie odpowiednich interesariuszy z regionu Brandenburgii i zbadanie wspólnych inicjatyw – na przykład budowanie siły roboczej kwantowej oraz sieci badań stosowanych i innowacji”.

Innowacje testowe QUANT-NET: nowe oblicze sieci kwantowej

Podczas gdy naukowcy i inżynierowie CQTA w dalszym ciągu badają nowatorskie zastosowania obliczeń kwantowych, Jansen już szuka zrównoważonego, długoterminowego modelu biznesowego dla inicjatywy, która jest obecnie finansowana przez rząd kraju związkowego Brandenburgia, niemieckie Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań (BMBF ), unijny program „Horyzont” oraz sieć partnerów branżowych. 

„Elementy składowe biznesplanu CQTA są w dużym stopniu w toku” – podsumowuje Jansen – „z naciskiem na współpracę badawczo-rozwojową, stosowane doradztwo naukowe i, co więcej, najprawdopodobniej zwrot w kierunku tłumaczenia technologii i wydzielenia działalności komercyjnej start-upy.”

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem/