Сотрудничество формирует расстановку приоритетов в квантовой экосистеме DESY – Мир физики

Сотрудничество формирует расстановку приоритетов в квантовой экосистеме DESY – Мир физики

Отметка времени: 19 февраля 2024 г., 4:33 AM

Немецкий исследовательский центр DESY сделал себе имя в области физики высоких энергий, но Центр квантовых технологий и приложений (CQTA) стремится расширить – и усилить – усилия лаборатории в области квантовой науки. Руководитель ЦКТА Карл Янсен беседует с Джо МакЭнти о важности партнерства в области исследований и разработок в долгосрочной бизнес-модели центра

<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="Квантовое разнообразие Ученые CQTA предоставляют академическим, промышленным и правительственным партнерам специализированную техническую поддержку в области квантовых вычислений и квантового зондирования. В настоящее время в команду входят три сотрудника, один координатор проекта, три постдока и девять аспирантов. (Любезно предоставлено: DESY)» title = «Нажмите, чтобы открыть изображение во всплывающем окне» href = «https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem -физика-мир.jpg»>Ученые CQTA
Квантовое разнообразие Ученые CQTA предоставляют академическим, промышленным и правительственным партнерам специализированную техническую поддержку в области квантовых вычислений и квантового зондирования. В настоящее время в команду входят три сотрудника, один координатор проекта, три постдока и девять аспирантов. (Любезно предоставлено: ДЭЗИ)

Являясь немецкой национальной лабораторией, занимающейся физикой, и одним из ведущих в мире исследовательских центров ускорителей, научные усилия DESY подпадают под четыре основные темы: физика элементарных частиц, фотонная наука, физика астрочастиц и физика ускорителей. Эти взаимодополняющие направления исследований, проводимые с помощью сети национальных и международных партнеров, означают, что DESY ежегодно привлекает более 3000 приглашенных ученых из более чем 40 стран. Лаборатория также является желанным центром исследований и разработок в промышленности, ее передовые экспериментальные мощности предлагают уникальное дополнение к инновационному портфелю европейских малых и средних предприятий, а также авторитетных технологических компаний.

Команда CQTA здесь, чтобы помочь отраслевым, академическим и государственным партнерам сформулировать свои проблемы таким образом, чтобы их можно было решать на квантовом компьютере.

Эта ориентированная на внешний мир рабочая модель лежит в основе зарождающихся исследований и разработок, направленных на расширение возможностей DESY в области квантовой науки и технологий. Цель: поддержать разнообразную программу лаборатории по физике высоких энергий, в то же время обеспечивая возможность всех видов последующих воздействий в промышленных и коммерческих приложениях. Эти усилия направляются через Центр квантовых технологий и приложений (CQTA), созданный в кампусе DESY в Цойтене на окраине Берлина при стартовом финансировании в размере 15 миллионов евро от земли Бранденбург.

Квантовый КВЕСТ на Кипре

Ранее в этом году Карл Янсен, глава CQTA DESY, был награжден академическим креслом стоимостью 2.5 миллиона евро от Европейского исполнительного агентства исследований (REA), общеевропейского органа, финансирующего исследования и инновации. Янсен, первый председатель REA DESY, будет использовать финансирование для создания нового исследовательского центра квантовых вычислений в Кипрском институте.

Лаборатория квантовых вычислений для передового опыта в науке и технологиях (QUEST), расположенная на окраине Никосии, будет полностью связана с исследовательской программой CQTA в DESY в Цойтене. Общая цель: улучшить исследовательский потенциал на Кипре путем создания регионального центра передового опыта в области исследований и разработок в области квантовых вычислений, что, в свою очередь, приведет к привлечению квантовых ученых и инженеров высокого уровня в Восточное Средиземноморье.

«Как председатель REA в QUEST, — говорит Янсен, — я работаю с коллегами из Кипрского института над созданием квантовой группы, состоящей из доцента, а также нескольких постдоков и аспирантов. Еще одним приоритетом QUEST является предоставление практического обучения студентам, заинтересованным в продолжении исследовательской карьеры в области квантовой науки и техники».

CQTA, запущенный в январе 2022 года, стремится использовать фундаментальные научные программы DESY в области квантовых вычислений, квантовых материалов и квантового зондирования. «DESY создала рабочую группу по квантовым технологиям для координации своих усилий в области квантовых исследований и разработок, при этом CQTA стала координатором для оперативного внедрения квантовых вычислений и квантового зондирования», — говорит Карл Янсен, глава CQTA и профессор физики в DESY. «Наш портфель деятельности в CQTA постоянно расширяется, и в результате мы надеемся определить варианты использования, в которых мы можем четко обеспечить «квантовое преимущество» с помощью методов квантовых вычислений».

Квантовое преимущество в науке

Что касается оперативных приоритетов, сфера деятельности CQTA охватывает несколько основных направлений: разработка квантовых алгоритмов и методов; облегчение доступа к оборудованию квантовых вычислений для исследовательских и промышленных партнеров DESY; бенчмаркинг, тестирование и верификация квантового оборудования; и запуск программы квантовой метрологии с использованием часов с захваченными ионами для поиска «новой физики» за пределами Стандартной модели. В разработке также находится специальная программа обучения, предназначенная для новичков, желающих освоить основы квантовых вычислений, а также для продвинутых практиков в области исследований и промышленности.

Прогресс обнадеживает: флагманские проекты CQTA уже реализуются в поддержку основных физических программ DESY. Например, эксперимент Laser Und XFEL (LUXE) представляет собой исследовательское сотрудничество ученых DESY и их коллег из Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (Eu.XFEL) в Гамбурге с целью изучения процессов квантовой электродинамики (QED) на современном уровне. называемый «границей сильного поля» (по сути, исследующий взаимодействие мощного оптического лазера и электронного пучка с энергией 16.5 ГэВ Eu.XFEL).

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg" data-caption="Карл Янсен «Квантовые алгоритмы и методы, которые мы разработали для приложений в физике высоких энергий, можно перенести на многие промышленные задачи – и наоборот». (Любезно предоставлено: DESY)» title=»Нажмите, чтобы открыть изображение во всплывающем окне» href=»https://physicalworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg»>Карл Янсен
Карл Янсен «Квантовые алгоритмы и методы, которые мы разработали для приложений в физике высоких энергий, можно перенести на многие промышленные задачи – и наоборот». (Любезно предоставлено: ДЭЗИ)

Исследователи CQTA, со своей стороны, проводят в рамках LUXE исследования, подтверждающие принцип действия, развертывая квантовое оборудование для изучения использования квантовых компьютеров на основе вентилей для распознавания образов при реконструкции треков частиц. Есть надежда, что квантовые алгоритмы и методы, разработанные в LUXE, можно будет использовать в экспериментах на других объектах физики высоких энергий, что поможет ученым более эффективно обрабатывать огромные объемы данных.

Еще одна активная область исследований — влияние шума в квантовых алгоритмах. «Сегодняшние квантовые компьютеры очень шумные, — говорит Янсен, — но этот шум может быть полезен, если алгоритм «застревает» в углу пространства параметров». Другими словами, добавление некоторого шума может отклонить алгоритм от неправильного результата к искомому решению (хотя слишком много шума будет означать, что решение не найдено вообще). «В каждом случае мы ищем «золотую середину» и оптимальное количество шума», — добавляет Янсен.

Квантовое преимущество в промышленности

Между тем, квантовые вычисления уже рекламируются как «революционные» в ряде промышленных приложений, включая открытие и разработку лекарств, оптимизацию логистики и финансовое моделирование. Тематическим исследованием в этом отношении является сотрудничество в области исследований и разработок между учеными из CQTA и Forschungszentrum Jülich, еще одним немецким национальным исследовательским институтом, изучающее «проблему назначения выходов на рейс» в аэропортах – и, в частности, то, как максимизировать связь и планирование между прибывающими и выездные рейсы.

Используя данные из действующего аэропорта, команда CQTA-Юлих пытается выявить скрытые корреляции с квантовыми вычислениями и тем самым решить эти проблемы быстрее и эффективнее. Более широкая картина заключается в том, что математическое описание и решение проблемы назначения ворот также могут быть применены к другим областям, представляющим интерес для промышленности и правительства, включая управление дорожным движением, логистические услуги автопарка и контроль толпы на крупных спортивных мероприятиях. «Что интересно, — отмечает Янсен, — так это то, что квантовые алгоритмы и методы, которые мы разработали для приложений в физике высоких энергий, можно перенести на многие промышленные задачи — и наоборот".

Несколько удивительно, что еще одна активная область исследования CQTA включает в себя научные, технические и художественные применения квантовых вычислений в музыке. Здесь растет интерес к творческим и коммерческим возможностям для музыкантов и продюсеров, о чем свидетельствует Второй международный симпозиум по квантовым вычислениям и музыкальному творчеству, который состоялся в Берлине в октябре 2023 года (и был организован совместно CQTA и Плимутским университетом, ВЕЛИКОБРИТАНИЯ). «Как только мы наберём достаточный опыт в CQTA, — говорит Янсен, — наша цель состоит в том, чтобы создать квантовый синтезатор, чтобы музыканты, не имеющие представления о квантовых вычислениях, могли использовать этот инструмент для создания совершенно новых звуков».

Инвестиции в партнерство

Несмотря на операционный прогресс CQTA за последние два года, Янсен и его коллеги также работали над расширением предложения CQTA на более стратегическом уровне.
уровень. Действительно, в прошлом году CQTA был принят в качестве Центра квантовых инноваций IBM, открывая доступ к глобальной сети исследований и разработок компаний из списка Fortune 500, стартапов, университетов и национальных исследовательских лабораторий, которые сотрудничают с IBM для продвижения технологий квантовых вычислений и Приложения. Сотрудничество с IBM имеет вдвойне важное значение, учитывая, что CQTA позиционирует себя как поставщика специализированных технических консультаций и услуг по содействию во всем, что касается квантовых технологий.

DESY создала рабочую группу по квантовым технологиям для координации своих усилий в области квантовых исследований и разработок, а CQTA стала координатором по квантовым вычислениям и квантовому зондированию.

«Команда CQTA здесь, чтобы помочь отраслевым, академическим и правительственным партнерам сформулировать свои проблемы математически таким образом, чтобы их можно было решать на квантовом компьютере», — отмечает Янсен. «Наши тесные рабочие отношения с IBM означают, что мы, в свою очередь, можем выступать посредниками в платном доступе третьих сторон к передовому квантовому оборудованию и программному обеспечению IBM, решая сложные научные и технологические проблемы с помощью квантовых вычислений».

Эта повышенная видимость и признание работают и в других отношениях – не в последнюю очередь, роль CQTA как «квантового ускорителя» и регионального центра в земле Бранденбург, где местное правительство намерено создать глобально значимую базу для квантовых технологий к концу десятилетие. «Сейчас, — говорит Янсен, — речь идет о объединении соответствующих заинтересованных сторон в регионе Бранденбург и изучении общих инициатив — например, о создании квантовой рабочей силы, а также сетей прикладных исследований и инноваций».

В то время как ученые и инженеры CQTA продолжают исследовать новые применения квантовых вычислений, Янсен уже ищет устойчивую долгосрочную бизнес-модель для этой инициативы, которая в настоящее время финансируется правительством земли Бранденбург, Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF). ), программа Европейского Союза Horizon и сеть отраслевых партнеров. 

«Строительные блоки бизнес-плана CQTA находятся в стадии разработки, — заключает Янсен, — с упором на сотрудничество в области НИОКР, прикладное научное консультирование и, что более чем вероятно, поворот к переводу технологий и развитию коммерческой деятельности». стартапы».

Отметка времени:

Больше от Мир физики