A colaboração molda a priorização dentro do ecossistema quântico do 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="Diversidade quântica Os cientistas do CQTA fornecem aos parceiros acadêmicos, industriais e governamentais suporte técnico especializado em computação quântica e sensoriamento quântico. A equipe atualmente é composta por três funcionários, um coordenador de projeto, três pós-doutorandos e nove estudantes de pós-graduação. (Cortesia: DESY)” title=”Clique para abrir a imagem no pop-up” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem -física-mundo.jpg”>

Como laboratório nacional alemão enraizado na física e um dos principais centros de investigação de aceleradores do mundo, os esforços científicos do DESY enquadram-se em quatro temas principais: física de partículas, ciência de fotões, física de astropartículas e física de aceleradores. Esses caminhos de investigação complementares, prosseguidos com uma rede de parceiros nacionais e internacionais, significam que o DESY atrai mais de 3000 cientistas convidados de mais de 40 países todos os anos. O laboratório é também um cobiçado centro de I&D para a indústria, e as suas instalações experimentais de ponta oferecem uma adição única ao pipeline de inovação das pequenas e médias empresas da Europa, bem como das empresas tecnológicas estabelecidas.

A equipe do CQTA está aqui para ajudar parceiros industriais, acadêmicos e governamentais a formular seus problemas de forma que possam ser executados em um computador quântico.

Esse modelo de trabalho voltado para o exterior sustenta um esforço emergente de P&D que busca aproveitar as capacidades do DESY em ciência e tecnologia quântica. O objetivo: apoiar o diversificado programa de física de alta energia do laboratório e, ao mesmo tempo, permitir todos os tipos de impactos posteriores em aplicações industriais e comerciais. Esses esforços são canalizados através do Centro de Tecnologia e Aplicações Quânticas (CQTA), estabelecido no campus da DESY em Zeuthen, nos arredores de Berlim, com 15 milhões de euros de financiamento inicial do estado de Brandemburgo.

Lançado em janeiro de 2022, o CQTA busca explorar os programas científicos básicos do DESY em computação quântica, materiais quânticos e detecção quântica. “O DESY criou um grupo de trabalho de tecnologias quânticas para coordenar seu esforço de P&D quântico, com o CQTA fornecendo um ponto focal para a implementação operacional da computação quântica e do sensoriamento quântico”, disse Karl Jansen, chefe do CQTA e professor de física no DESY. “Nosso portfólio de atividades na CQTA está se ampliando o tempo todo e o que esperamos como resultado é identificar casos de uso onde possamos oferecer claramente ‘vantagem quântica’ por meio de métodos de computação quântica.”

Vantagem quântica na ciência

Em termos de prioridades operacionais, a missão do CQTA segue vários caminhos principais: desenvolvimento de algoritmos e métodos quânticos; facilitar o acesso ao hardware de computação quântica para os parceiros industriais e de pesquisa do DESY; benchmarking, teste e verificação de hardware quântico; e executar um programa de metrologia quântica usando relógios de íons aprisionados para procurar “nova física” além do Modelo Padrão. Há também um programa de treinamento personalizado em andamento para atender iniciantes que buscam compreender os fundamentos da computação quântica, bem como para profissionais avançados em pesquisa e indústria.

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O progresso é encorajador, com projetos emblemáticos do CQTA já em andamento em apoio aos principais programas de física do DESY. O Laser Und XFEL Experiment (LUXE), por exemplo, é uma colaboração de pesquisa entre cientistas do DESY e seus colegas do European X-ray Free Electron Laser (Eu.XFEL) em Hamburgo para estudar processos de eletrodinâmica quântica (QED) no so- chamada “fronteira de campo forte” (essencialmente sondando as interações de um laser óptico de alta intensidade e o feixe de elétrons de 16.5 GeV do Eu.XFEL).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg" data-caption="Carlos Jansen “Os algoritmos e métodos quânticos que desenvolvemos para aplicações em física de altas energias são transferíveis para muitos problemas industriais – e vice-versa.” (Cortesia: DESY)” title=”Clique para abrir a imagem no pop-up” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg”>

Os pesquisadores do CQTA, por sua vez, estão conduzindo estudos de prova de princípio no LUXE, implantando hardware quântico para investigar o uso de computadores quânticos baseados em portas para reconhecimento de padrões na reconstrução de trilhas de partículas. A esperança é que os algoritmos e métodos quânticos desenvolvidos no LUXE sejam transferíveis para experimentos em outras instalações de física de alta energia, ajudando os cientistas a processar enormes quantidades de dados de uma forma mais eficiente.

Outra área ativa de investigação é o impacto do ruído em algoritmos quânticos. “Os computadores quânticos de hoje são muito barulhentos”, diz Jansen, “mas esse ruído pode ser útil se um algoritmo ficar 'preso' em um canto do espaço de parâmetros”. Adicionar algum ruído, em outras palavras, pode afastar um algoritmo de um resultado errado em direção à solução procurada (embora muito ruído signifique que nenhuma solução será encontrada). “O que procuramos em cada caso é o 'ponto ideal' e a quantidade ideal de ruído”, acrescenta Jansen.

Vantagem quântica na indústria

Entretanto, a computação quântica já está a ser apontada como um “disruptor” numa série de aplicações industriais, incluindo a descoberta e desenvolvimento de medicamentos, otimização logística e modelização financeira. Um estudo de caso a este respeito é uma colaboração de I&D entre cientistas do CQTA e do Forschungszentrum Jülich, outro instituto de investigação nacional alemão, que analisa o “problema de atribuição de portas de voo” nos aeroportos – e especificamente, como maximizar a conectividade e a programação entre destinos e destinos. voos de saída.

Utilizando dados de um aeroporto operacional, a equipa do CQTA-Jülich está a tentar descobrir correlações ocultas com a computação quântica e, ao fazê-lo, resolver estes problemas de forma mais rápida e eficiente. O panorama geral aqui é que a descrição matemática e a solução do problema de atribuição de portas também podem ser aplicadas a outras áreas de interesse para a indústria e o governo, incluindo gestão de tráfego, serviços de logística de frotas e controlo de multidões em grandes eventos desportivos. “O que é interessante”, observa Jansen, “é que os algoritmos e métodos quânticos que desenvolvemos para aplicações em física de altas energias são transferíveis para muitos problemas industriais – e vice-versa. "

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Surpreendentemente, outra área ativa de estudo do CQTA envolve aplicações científicas, técnicas e artísticas da computação quântica na música. Há um interesse crescente aqui em torno das oportunidades criativas e comerciais para músicos e produtores, como evidenciado pelo Segundo Simpósio Internacional sobre Computação Quântica e Criatividade Musical, que foi realizado em Berlim em outubro de 2023 (e co-organizado pela CQTA e pela Universidade de Plymouth, REINO UNIDO). “Assim que ganharmos experiência suficiente no CQTA”, diz Jansen, “a visão é construir um sintetizador quântico para que músicos sem nenhuma ideia sobre computação quântica possam usar o instrumento para criar sons completamente novos”.

Investindo em parcerias

Apesar do progresso operacional do CQTA ao longo dos últimos dois anos, Jansen e colegas também têm trabalhado para melhorar a oferta do CQTA a um nível mais estratégico
nível. Na verdade, o CQTA foi aceito no ano passado como um IBM Quantum Innovation Center, abrindo acesso a uma rede global de P&D de empresas Fortune 500, start-ups, universidades e laboratórios de pesquisa nacionais, todos os quais trabalham com a IBM para desenvolver tecnologias de computação quântica e formulários. A parceria com a IBM é duplamente significativa, dado que a CQTA está se posicionando como uma fornecedora de consultoria técnica especializada e serviços de facilitação para todas as coisas quânticas.

DESY criou um grupo de trabalho de tecnologias quânticas para coordenar seu esforço de P&D quântico, com o CQTA fornecendo um ponto focal para computação quântica e sensoriamento quântico

“A equipe do CQTA está aqui para ajudar parceiros industriais, acadêmicos e governamentais a formular matematicamente seus problemas de forma que possam ser executados em um computador quântico”, observa Jansen. “Nossa estreita relação de trabalho com a IBM significa que somos capazes, por extensão, de mediar o acesso pago de terceiros ao hardware e software quântico de ponta da IBM – resolvendo problemas científicos e tecnológicos complexos por meio da computação quântica.”

Essa visibilidade e reconhecimento melhorados também funcionam noutros aspectos – nomeadamente no papel do CQTA como “acelerador quântico” e centro regional no estado de Brandemburgo, onde o governo local pretende criar uma base globalmente significativa para tecnologias quânticas até ao final de a década. «Neste momento», diz Jansen, «trata-se de ligar as partes interessadas relevantes na região de Brandeburgo e explorar iniciativas comuns – construindo a força de trabalho quântica, por exemplo, bem como redes de investigação aplicada e inovação».

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Enquanto os cientistas e engenheiros do CQTA continuam a explorar novas aplicações para a computação quântica, Jansen já procura um modelo de negócio sustentável a longo prazo para a iniciativa, que é atualmente financiada pelo governo do estado de Brandemburgo, pelo Ministério Federal Alemão da Educação e Investigação (BMBF). ), o programa Horizon da União Europeia e uma rede de parceiros industriais. 

“Os blocos de construção do plano de negócios da CQTA são, em grande parte, trabalhos em andamento”, conclui Jansen, “com ênfase na colaboração em P&D, consultoria científica aplicada e, muito provavelmente, um pivô para a tradução de tecnologia e o spin-out de negócios comerciais. empreendimentos iniciantes.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem/