Sodelovanje oblikuje prednostne naloge znotraj kvantnega ekosistema 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="Kvantna raznolikost Znanstveniki CQTA zagotavljajo akademskim, industrijskim in vladnim partnerjem specializirano tehnično podporo na področju kvantnega računalništva in kvantnega zaznavanja. Ekipo trenutno sestavljajo trije zaposleni, en koordinator projekta, trije podoktorji in devet podiplomskih študentov. (Z dovoljenjem: DESY)” title=”Kliknite, da odprete sliko v pojavnem oknu” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem -physics-world.jpg”>

Kot nemški nacionalni laboratorij, zakoreninjen v fiziki, in eden vodilnih svetovnih raziskovalnih centrov za pospeševalnike, DESY-jeva znanstvena prizadevanja spadajo pod štiri glavne teme: fizika delcev, znanost o fotonih, fizika astrodelcev in fizika pospeševalnikov. Te komplementarne raziskovalne poti, ki jih izvaja mreža nacionalnih in mednarodnih partnerjev, pomenijo, da DESY vsako leto pritegne več kot 3000 gostujočih znanstvenikov iz več kot 40 držav. Laboratorij je tudi zaželeno središče raziskav in razvoja za industrijo, njegove vrhunske eksperimentalne zmogljivosti pa ponujajo edinstven dodatek k inovacijskemu procesu evropskih malih in srednje velikih podjetij ter uveljavljenih tehnoloških podjetij.

Ekipa CQTA je tukaj, da pomaga industrijskim, akademskim in vladnim partnerjem oblikovati svoje težave tako, da jih lahko izvajajo na kvantnem računalniku.

Ta navzven obrnjeni delovni model podpira nastajajoča raziskovalna in razvojna prizadevanja, ki želijo graditi na DESYjevih zmogljivostih v kvantni znanosti in tehnologiji. Cilj: podpreti raznolik laboratorijski program fizike visokih energij, hkrati pa omogočiti vse vrste vplivov na nižji stopnji v industrijskih in komercialnih aplikacijah. Ta prizadevanja so usmerjena prek Centra za kvantno tehnologijo in aplikacije (CQTA), ustanovljenega v DESY-jevem kampusu Zeuthen na obrobju Berlina s 15 milijoni evrov začetnega financiranja zvezne dežele Brandenburg.

CQTA, ki je bil predstavljen januarja 2022, želi izkoristiti DESY-jeve osnovne znanstvene programe na področju kvantnega računalništva, kvantnih materialov in kvantnega zaznavanja. »DESY je vzpostavil delovno skupino za kvantne tehnologije za usklajevanje svojih prizadevanj na področju kvantnih raziskav in razvoja, pri čemer CQTA zagotavlja osrednjo točko za operativno izvajanje kvantnega računalništva in kvantnega zaznavanja,« pravi Karl Jansen, vodja CQTA in profesor fizike na DESY. "Naš portfelj dejavnosti pri CQTA se ves čas širi in kot rezultat upamo, da bomo identificirali primere uporabe, kjer lahko jasno zagotovimo 'kvantno prednost' s kvantnimi računalniškimi metodami."

Kvantna prednost v znanosti

Kar zadeva operativne prednostne naloge, naloga CQTA poteka po več glavnih smereh: razvoj kvantnih algoritmov in metod; omogočanje dostopa do strojne opreme za kvantno računalništvo DESY-jevim raziskovalnim in industrijskim partnerjem; Primerjalna analiza, testiranje in preverjanje kvantne strojne opreme; in vodenje programa kvantnega meroslovja z uporabo ur z ujetimi ioni za iskanje »nove fizike« onkraj standardnega modela. V pripravi je tudi program usposabljanja po meri za začetnike, ki želijo dojeti osnove kvantnega računalništva, ter namenjen naprednim praktikom v raziskavah in industriji.

Fermilabov SQMS Center obravnava vse vidike "kvantne uganke"

Napredek je spodbuden, vodilni projekti CQTA že potekajo v podporo temeljnim fizikalnim programom DESY. Eksperiment Laser Und XFEL (LUXE) je na primer raziskovalno sodelovanje med znanstveniki DESY in njihovimi kolegi iz Evropskega rentgenskega laserja brez elektronov (Eu.XFEL) v Hamburgu za preučevanje procesov kvantne elektrodinamike (QED) na tako imenovano "meja močnega polja" (v bistvu preiskuje interakcije visokointenzivnega optičnega laserja in 16.5 GeV elektronskega žarka 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 "Kvantni algoritmi in metode, ki smo jih razvili za aplikacije v fiziki visokih energij, so prenosljivi na številne industrijske probleme - in obratno." (Z dovoljenjem: DESY)” title=”Kliknite, da odprete sliko v pojavnem oknu” href=”https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg”>

Raziskovalci CQTA na svoji strani izvajajo študije dokazov o načelih v okviru LUXE in uporabljajo kvantno strojno opremo za raziskovanje uporabe kvantnih računalnikov na osnovi vrat za prepoznavanje vzorcev pri rekonstrukciji sledi delcev. Upamo, da bodo kvantni algoritmi in metode, razviti v okviru LUXE, prenosljivi v eksperimente v drugih objektih za visokoenergijsko fiziko, kar bo znanstvenikom pomagalo učinkoviteje obdelati ogromne količine podatkov.

Drugo aktivno področje raziskovanja je vpliv šuma v kvantnih algoritmih. "Današnji kvantni računalniki so zelo hrupni," pravi Jansen, "vendar je ta hrup lahko koristen, če se algoritem 'zatakne' v kotu prostora parametrov." Z drugimi besedami, dodajanje nekaj šuma lahko odpelje algoritem stran od napačnega rezultata proti iskani rešitvi (čeprav bo preveč šuma pomenilo, da rešitev sploh ni najdena). »V vsakem primeru iščemo 'sweet-spot' in optimalno količino hrupa,« dodaja Jansen.

Kvantna prednost v industriji

Medtem se kvantno računalništvo že oglašuje kot "motilec" v številnih industrijskih aplikacijah, vključno z odkrivanjem in razvojem zdravil, optimizacijo logistike in finančnim modeliranjem. Študija primera v zvezi s tem je sodelovanje pri raziskavah in razvoju med znanstveniki na CQTA in Forschungszentrum Jülich, drugem nemškem nacionalnem raziskovalnem inštitutu, ki preučuje "problem dodelitve izhodov za let" na letališčih – in posebej, kako povečati povezljivost in razporejanje med dohodnimi in odhodni leti.

Z uporabo podatkov z delujočega letališča ekipa CQTA-Jülich poskuša odkriti skrite korelacije s kvantnim računalništvom in s tem rešiti te težave hitreje in učinkoviteje. Širša slika tukaj je, da je mogoče matematični opis in rešitev problema dodelitve vrat uporabiti tudi na drugih področjih, ki so zanimiva za industrijo in vlado, vključno z upravljanjem prometa, logističnimi storitvami voznega parka in nadzorom množice na velikih športnih dogodkih. »Kar je zanimivo,« ugotavlja Jansen, »je, da so kvantni algoritmi in metode, ki smo jih razvili za aplikacije v fiziki visokih energij, prenosljivi na številne industrijske probleme – in obratno«.

CERN QTI: izkoriščanje velike znanosti za pospeševanje kvantnih inovacij

Nekoliko presenetljivo je, da drugo aktivno področje študija CQTA vključuje znanstvene, tehnične in umetniške aplikacije kvantnega računalništva v glasbi. Zanimanje za ustvarjalne in komercialne priložnosti za glasbenike in producente narašča, kar dokazuje drugi mednarodni simpozij o kvantnem računalništvu in glasbeni ustvarjalnosti, ki je potekal oktobra 2023 v Berlinu (ki sta ga soorganizirala CQTA in Univerza v Plymouthu, Združeno kraljestvo). "Ko bomo pri CQTA pridobili dovolj izkušenj," pravi Jansen, "je vizija izdelati kvantni sintetizator, tako da bodo glasbeniki, ki nimajo pojma o kvantnem računalništvu, lahko uporabili instrument za ustvarjanje popolnoma novih zvokov."

Vlaganje v partnerstva

Ne glede na operativni napredek CQTA v zadnjih dveh letih si Jansen in njegovi sodelavci prav tako prizadevajo izboljšati ponudbo CQTA na bolj strateški ravni.
raven. CQTA je bil lani sprejet kot IBM-ov kvantni inovacijski center, kar je odprlo dostop do globalne mreže raziskav in razvoja Fortune 500 podjetij, novoustanovljenih podjetij, univerz in nacionalnih raziskovalnih laboratorijev, ki vsi sodelujejo z IBM-om pri napredku kvantnih računalniških tehnologij in aplikacije. Povezava z IBM je dvojno pomembna glede na to, da se CQTA postavlja kot ponudnik specializiranih tehničnih svetovalnih in pospeševalnih storitev za vse kvantne stvari.

DESY je vzpostavil delovno skupino za kvantne tehnologije za usklajevanje prizadevanj na področju kvantnih raziskav in razvoja, pri čemer CQTA zagotavlja osrednjo točko za kvantno računalništvo in kvantno zaznavanje.

»Ekipa CQTA je tu, da pomaga industrijskim, akademskim in vladnim partnerjem, da matematično oblikujejo svoje probleme na tak način, da jih lahko izvajajo na kvantnem računalniku,« ugotavlja Jansen. »Naše tesno sodelovanje z IBM-om pomeni, da lahko posredujemo tretjim strankam pri plačljivem dostopu do IBM-ove vrhunske kvantne strojne in programske opreme – razpakiranje zapletenih znanstvenih in tehnoloških problemov prek kvantnega računalništva.«

Ta povečana prepoznavnost in prepoznavnost delujeta tudi v drugih pogledih – nenazadnje v vlogi CQTA kot »kvantnega pospeševalnika« in regionalnega središča v zvezni deželi Brandenburg, kjer namerava lokalna vlada do konca leta ustvariti svetovno pomembno bazo za kvantne tehnologije. desetletje. »Trenutno,« pravi Jansen, »gre vse za povezovanje ustreznih deležnikov v regiji Brandenburg in raziskovanje skupnih pobud – na primer izgradnja kvantne delovne sile, pa tudi mrež uporabnih raziskav in inovacij.«

Inovacije na testni napravi QUANT-NET: preoblikovanje kvantnega omrežja

Medtem ko znanstveniki in inženirji CQTA še naprej raziskujejo nove aplikacije za kvantno računalništvo, Jansen že išče vzdržen dolgoročni poslovni model za pobudo, ki jo trenutno financira deželna vlada Brandenburg, nemško zvezno ministrstvo za izobraževanje in raziskave (BMBF). ), program Evropske unije Horizon in mreža industrijskih partnerjev. 

»Gradniki poslovnega načrta CQTA so še v teku,« zaključuje Jansen, »s poudarkom na sodelovanju pri raziskavah in razvoju, uporabnem znanstvenem svetovanju in, več kot verjetno, usmeritvi k prevajanju tehnologije in izločitvi komercialnih zagonskih podvigov.«

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem/