合作塑造 DESY 量子生态系统中的优先顺序 – 物理世界

<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="量子多样性 CQTA 科学家为学术、行业和政府合作伙伴提供量子计算和量子传感方面的专业技术支持。该团队目前由三名工作人员、一名项目协调员、三名博士后和九名研究生组成。 （由 DESY 提供）” title=”单击以在弹出窗口中打开图像” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem -物理世界.jpg”>

作为植根于物理学的德国国家实验室和世界领先的加速器研究中心之一，DESY 的科学工作分为四大主题：粒子物理学、光子科学、天体粒子物理学和加速器物理学。这些与国内和国际合作伙伴网络共同追求的互补研究途径意味着 DESY 每年吸引来自 3000 多个国家的 40 多名客座科学家。该实验室也是令人垂涎的工业研发中心，其领先的实验设施为欧洲中小企业和成熟技术公司的创新渠道提供了独特的补充。

CQTA 团队致力于帮助行业、学术界和政府合作伙伴以可以在量子计算机上运行的方式表述他们的问题

这种面向外的工作模式支撑着新兴的研发工作，旨在增强 DESY 在量子科学和技术方面的能力。目标：支持实验室多样化的高能物理项目，同时实现工业和商业应用中的各种下游影响。这些努力是通过量子技术与应用中心 (CQTA) 进行的，该中心位于柏林郊区的 DESY Zeuthen 校区，由勃兰登堡州提供了 15 万欧元的种子资金。

CQTA 于 2022 年 XNUMX 月启动，旨在利用 DESY 在量子计算、量子材料和量子传感方面的基础科学项目。 CQTA 负责人兼 DESY 物理学教授 Karl Jansen 表示：“DESY 已经成立了一个量子技术工作组来协调其量子研发工作，而 CQTA 则为量子计算和量子传感的操作实施提供了焦点。” “我们 CQTA 的活动组合一直在扩大，我们希望的结果是确定我们可以通过量子计算方法明确提供‘量子优势’的用例。”

科学中的量子优势

就业务重点而言，CQTA 的职责主要有以下几条：开发量子算法和方法；促进 DESY 的研究和行业合作伙伴获得量子计算硬件；量子硬件的基准测试、测试和验证；并使用俘获离子时钟运行量子计量程序来寻找标准模型之外的“新物理学”。还有一个定制培训计划正在进行中，以满足希望掌握量子计算基础知识的初学者以及针对研究和工业领域的高级从业者的需求。

费米实验室的 SQMS 中心解决“量子难题”的各个方面

进展令人鼓舞，CQTA 旗舰项目已经开始支持 DESY 的核心物理项目。例如，激光和 XFEL 实验 (LUXE) 是 DESY 科学家与汉堡欧洲 X 射线自由电子激光器 (Eu.XFEL) 的同行之间的一项研究合作，旨在研究量子电动力学 (QED) 过程。称为“强场前沿”（本质上是探测高强度光学激光与 Eu.XFEL 的 16.5 GeV 电子束的相互作用）。

<a data-fancybox data-src="https://physicsworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg" data-caption="卡尔·詹森 “我们为高能物理应用开发的量子算法和方法可以应用于许多工业问题 - 反之亦然。” （由 DESY 提供）” title=”单击以在弹出窗口中打开图像” href=”https://physicalworld.com/wp-content/uploads/2024/02/2024-02-BSQA-DESY-Jansen_Karl.jpg”>

CQTA 研究人员正在 LUXE 内进行原理验证研究，部署量子硬件来研究基于门的量子计算机在粒子轨迹重建中进行模式识别的用途。希望 LUXE 开发的量子算法和方法能够转移到其他高能物理设施的实验中，帮助科学家以更有效的方式处理大量数据。

另一个活跃的研究领域是量子算法中噪声的影响。 “今天的量子计算机噪音很大，”詹森说，“但如果算法‘卡’在参数空间的角落里，噪音就会有所帮助。”换句话说，添加一些噪声可以使算法远离错误结果，转向搜索的解决方案（尽管过多的噪声意味着根本找不到解决方案）。 “我们在每种情况下寻找的是‘最佳点’和最佳噪声量，”Jansen 补充道。

行业量子优势

与此同时，量子计算已经被吹捧为一系列工业应用的“颠覆者”，包括药物发现和开发、物流优化和金融建模。这方面的一个案例研究是 CQTA 和另一家德国国家研究机构于利希研究中心 (Forschungszentrum Jülich) 的科学家之间的研发合作，研究机场的“登机口分配问题”，具体来说，如何最大限度地提高入境和出境航班之间的连接和调度。出境航班。

CQTA-Jülich 团队正在利用来自运营机场的数据，试图梳理出与量子计算的隐藏关联，从而更快、更高效地解决这些问题。更重要的是，登机口分配问题的数学描述和解决方案也可以应用于行业和政府感兴趣的其他领域，包括交通管理、车队物流服务和大型体育赛事的人群控制。 “有趣的是，”詹森指出，“我们为高能物理应用而开发的量子算法和方法可以应用于许多工业问题——并且 反之亦然设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“

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有点令人惊讶的是，CQTA 研究的另一个活跃领域涉及量子计算在音乐中的科学、技术和艺术应用。人们对音乐家和制作人的创意和商业机会越来越感兴趣，2023 年 XNUMX 月在柏林举行的第二届量子计算和音乐创意国际研讨会（由 CQTA 和普利茅斯大学联合举办）就证明了这一点。英国）。 “一旦我们在 CQTA 获得了足够的经验，”Jansen 说，“我们的愿景是构建一个量子合成器，这样即使对量子计算一无所知的音乐家也可以使用该乐器创造出全新的声音。”

投资伙伴关系

尽管 CQTA 在过去两年中取得了运营进展，Jansen 及其同事还一直致力于以更具战略性的方式增强 CQTA 的服务。
等级。事实上，CQTA 去年被接纳为 IBM 量子创新中心，开放了财富 500 强公司、初创企业、大学和国家研究实验室的全球研发网络，所有这些机构都与 IBM 合作推进量子计算技术和应用程序。鉴于 CQTA 将自己定位为所有量子领域的专业技术咨询和便利服务提供商，与 IBM 的合作具有双重意义。

DESY 已成立量子技术工作组来协调其量子研发工作，CQTA 则为量子计算和量子传感提供焦点

Jansen 指出：“CQTA 团队致力于帮助行业、学术界和政府合作伙伴以数学方式表述他们的问题，以便可以在量子计算机上运行。” “我们与 IBM 的密切合作关系意味着我们能够为第三方提供收费的 IBM 尖端量子硬件和软件访问服务，通过量子计算解决复杂的科学和技术问题。”

这种增强的知名度和认可度也适用于其他方面，尤其是 CQTA 作为勃兰登堡州“量子加速器”和区域中心的作用，当地政府打算在 2017 年底之前为量子技术创建一个全球重要的基地。十年。 “现在，”詹森说，“一切都是为了联系勃兰登堡地区的相关利益相关者并探索共同举措——例如建立量子劳动力以及应用研究和创新网络。”

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在 CQTA 科学家和工程师继续探索量子计算的新颖应用的同时，Jansen 已经在为该计划寻找可持续的长期商业模式，该计划目前由勃兰登堡州政府、德国联邦教育和研究部 (BMBF) 资助）、欧盟的 Horizo​​n 计划和行业合作伙伴网络。 

Jansen 总结道：“CQTA 业务计划的组成部分大部分都在进行中，重点是研发合作、应用科学咨询，而且很可能会转向技术转化和商业化分拆。”初创企业”。

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