Le centre de recherche allemand DESY s'est fait un nom dans le domaine de la physique des hautes énergies, mais le Centre de technologie et d'applications quantiques (CQTA) vise à étendre – et à amplifier – les efforts du laboratoire dans le domaine de la science quantique. Responsable du CQTA Karl Jansen discute avec Joe McEntee de l'importance des partenariats de R&D dans le modèle commercial à long terme du centre
En tant que laboratoire national allemand ancré dans la physique et l'un des principaux centres de recherche sur les accélérateurs au monde, les efforts scientifiques de DESY s'articulent autour de quatre thèmes principaux : la physique des particules, la science des photons, la physique des astroparticules et la physique des accélérateurs. Ces parcours de recherche complémentaires, poursuivis avec un réseau de partenaires nationaux et internationaux, permettent à DESY d'attirer chaque année plus de 3000 40 scientifiques invités de plus de XNUMX pays. Le laboratoire est également un pôle de R&D convoité pour l'industrie, ses installations expérimentales de pointe offrant un complément unique au pipeline d'innovation des petites et moyennes entreprises européennes ainsi que des entreprises technologiques établies.
L'équipe du CQTA est là pour aider les partenaires industriels, universitaires et gouvernementaux à formuler leurs problèmes de manière à ce qu'ils puissent fonctionner sur un ordinateur quantique.
Ce modèle de travail tourné vers l'extérieur sous-tend un effort naissant de R&D visant à tirer parti des capacités de DESY en matière de science et de technologie quantiques. L'objectif : soutenir le programme diversifié de physique des hautes énergies du laboratoire, tout en permettant toutes sortes d'impacts en aval dans les applications industrielles et commerciales. Ces efforts sont canalisés par le Centre de technologie et d'applications quantiques (CQTA), établi sur le campus Zeuthen de DESY, dans la banlieue de Berlin, grâce à un financement de démarrage de 15 millions d'euros de l'État de Brandebourg.
Une QUÊTE quantique à Chypre
Plus tôt cette année, Karl Jansen, directeur du CQTA de DESY, s'est vu attribuer une chaire académique de 2.5 millions d'euros de l'Agence exécutive européenne pour la recherche (REA), un organisme de financement paneuropéen pour la recherche et l'innovation. Jansen, la première chaire REA de DESY, utilisera le financement pour créer un nouveau centre de recherche sur l'informatique quantique à l'Institut de Chypre.
Le laboratoire QUantum Computing for Excellence in Science and Technology (QUEST), situé à la périphérie de Nicosie, sera entièrement connecté au programme de recherche CQTA du DESY à Zeuthen. L'objectif commun : améliorer la capacité de recherche à Chypre en créant un centre d'excellence régional pour la R&D en informatique quantique, attirant à son tour des scientifiques et des ingénieurs quantiques de haut niveau en Méditerranée orientale.
« En tant que président de la REA pour QUEST », explique Jansen, « je travaille avec des collègues de l'Institut de Chypre pour créer un groupe quantique composé d'un professeur agrégé ainsi que de plusieurs postdoctorants et doctorants. Une autre priorité de QUEST est d’offrir une formation pratique aux étudiants intéressés à poursuivre une carrière de chercheur en sciences et en ingénierie quantiques.
Lancé en janvier 2022, le CQTA cherche à exploiter les programmes scientifiques fondamentaux de DESY en informatique quantique, matériaux quantiques et détection quantique. "DESY a mis en place un groupe de travail sur les technologies quantiques pour coordonner ses efforts de R&D quantique, le CQTA fournissant un point focal pour la mise en œuvre opérationnelle de l'informatique quantique et de la détection quantique", explique Karl Jansen, directeur du CQTA et professeur de physique à DESY. « Notre portefeuille d'activités au CQTA s'élargit constamment et ce que nous espérons comme résultat est d'identifier des cas d'utilisation dans lesquels nous pouvons clairement offrir un « avantage quantique » grâce aux méthodes d'informatique quantique.
Avantage quantique en science
En termes de priorités opérationnelles, les missions du CQTA s'articulent autour de plusieurs axes principaux : le développement d'algorithmes et de méthodes quantiques ; faciliter l'accès au matériel informatique quantique pour les partenaires de recherche et industriels de DESY ; analyse comparative, tests et vérification du matériel quantique ; et exécuter un programme de métrologie quantique utilisant des horloges à ions piégés pour rechercher une « nouvelle physique » au-delà du modèle standard. Un programme de formation personnalisé est également en préparation pour s'adresser aux débutants souhaitant comprendre les bases de l'informatique quantique, ainsi que pour les praticiens avancés de la recherche et de l'industrie.
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Les progrès sont encourageants, avec des projets phares du CQTA déjà en cours pour soutenir les programmes de physique de base de DESY. L'expérience Laser Und XFEL (LUXE), par exemple, est une collaboration de recherche entre les scientifiques de DESY et leurs homologues du laser européen à électrons libres à rayons X (Eu.XFEL) à Hambourg pour étudier les processus d'électrodynamique quantique (QED) à l'heure actuelle. appelé « frontière de champ fort » (sondant essentiellement les interactions d'un laser optique de haute intensité et du faisceau d'électrons de 16.5 GeV de l'Eu.XFEL).
Les chercheurs du CQTA, pour leur part, mènent des études de démonstration de principe au sein de LUXE, déployant du matériel quantique pour étudier l'utilisation d'ordinateurs quantiques basés sur des portes pour la reconnaissance de formes dans la reconstruction de traces de particules. L’espoir est que les algorithmes et méthodes quantiques développés au sein de LUXE pourront être transférés à des expériences menées dans d’autres installations de physique des hautes énergies, aidant ainsi les scientifiques à traiter d’énormes quantités de données de manière plus efficace.
Un autre domaine de recherche actif est l’impact du bruit dans les algorithmes quantiques. "Les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui sont très bruyants", explique Jansen, "mais ce bruit peut être utile si un algorithme reste "bloqué" dans un coin de l'espace des paramètres." En d’autres termes, ajouter du bruit peut éloigner un algorithme d’un résultat erroné vers la solution recherchée (même si trop de bruit signifie qu’aucune solution n’est trouvée). « Ce que nous recherchons dans chaque cas, c'est le « point idéal » et la quantité optimale de bruit », ajoute Jansen.
Avantage quantique dans l’industrie
Dans le même temps, l’informatique quantique est déjà présentée comme un « perturbateur » dans toute une série d’applications industrielles, notamment la découverte et le développement de médicaments, l’optimisation logistique et la modélisation financière. Une étude de cas à cet égard est une collaboration R&D entre des scientifiques du CQTA et du Forschungszentrum Jülich, un autre institut de recherche national allemand, qui étudie le « problème d'attribution des portes d'embarquement » dans les aéroports – et plus particulièrement, comment maximiser la connectivité et la planification entre les vols entrants et internationaux. vols aller.
À l’aide des données d’un aéroport opérationnel, l’équipe du CQTA-Jülich tente de découvrir des corrélations cachées avec l’informatique quantique et, ce faisant, de résoudre ces problèmes plus rapidement et plus efficacement. L’essentiel ici est que la description mathématique et la solution du problème d’attribution des portes peuvent également être appliquées à d’autres domaines d’intérêt pour l’industrie et le gouvernement, notamment la gestion du trafic, les services logistiques de flotte et le contrôle des foules lors de grands événements sportifs. « Ce qui est intéressant », note Jansen, « c'est que les algorithmes et méthodes quantiques que nous avons développés pour des applications en physique des hautes énergies sont transférables à de nombreux problèmes industriels – et vice versa. »
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Étonnamment, un autre domaine actif d’étude du CQTA concerne les applications scientifiques, techniques et artistiques de l’informatique quantique dans la musique. Les opportunités créatives et commerciales pour les musiciens et les producteurs suscitent un intérêt croissant, comme en témoigne le deuxième symposium international sur l'informatique quantique et la créativité musicale, qui s'est tenu à Berlin en octobre 2023 (et co-organisé par le CQTA et l'Université de Plymouth, ROYAUME-UNI). "Une fois que nous aurons acquis suffisamment d'expérience au CQTA", explique Jansen, "la vision est de construire un synthétiseur quantique afin que les musiciens n'ayant aucune idée de l'informatique quantique puissent utiliser l'instrument pour créer des sons complètement nouveaux."
Investir dans des partenariats
Malgré les progrès opérationnels du CQTA au cours des deux dernières années, Jansen et ses collègues ont également travaillé à améliorer l'offre du CQTA à un niveau plus stratégique.
niveau. En effet, le CQTA a été accepté l'année dernière en tant que centre d'innovation quantique IBM, ouvrant ainsi l'accès à un réseau mondial de R&D d'entreprises Fortune 500, de start-ups, d'universités et de laboratoires de recherche nationaux, qui travaillent tous avec IBM pour faire progresser les technologies d'informatique quantique et applications. Le rapprochement avec IBM est doublement important étant donné que CQTA se positionne comme un fournisseur de services spécialisés de conseil technique et de facilitation pour tout ce qui concerne le quantique.
DESY a mis en place un groupe de travail sur les technologies quantiques pour coordonner ses efforts de R&D quantique, le CQTA constituant un point focal pour l'informatique quantique et la détection quantique.
« L'équipe du CQTA est là pour aider les partenaires industriels, universitaires et gouvernementaux à formuler mathématiquement leurs problèmes de manière à ce qu'ils puissent fonctionner sur un ordinateur quantique », note Jansen. "Notre relation de travail étroite avec IBM signifie que nous sommes en mesure, par extension, de faciliter l'accès payant pour des tiers au matériel et aux logiciels quantiques de pointe d'IBM, en résolvant des problèmes scientifiques et technologiques complexes via l'informatique quantique."
Cette visibilité et cette reconnaissance accrues fonctionnent également à d'autres égards – notamment dans le rôle du CQTA en tant qu'« accélérateur quantique » et pôle régional dans l'État de Brandebourg, où le gouvernement local a l'intention de créer une base d'importance mondiale pour les technologies quantiques d'ici la fin de l'année. la décennie. «À l'heure actuelle», explique Jansen, «il s'agit avant tout de connecter les acteurs concernés de la région du Brandebourg et d'explorer des initiatives communes – par exemple en développant la main-d'œuvre quantique, ainsi que les réseaux de recherche appliquée et d'innovation.»
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Alors que les scientifiques et ingénieurs du CQTA continuent d'explorer de nouvelles applications pour l'informatique quantique, Jansen recherche déjà un modèle commercial durable à long terme pour l'initiative, qui est actuellement financée par le gouvernement de l'État de Brandebourg, le ministère fédéral allemand de l'Éducation et de la Recherche (BMBF). ), le programme Horizon de l'Union européenne et un réseau de partenaires industriels.
« Les éléments constitutifs du plan d'affaires du CQTA sont en grande partie en cours », conclut Jansen, « avec un accent sur la collaboration en R&D, le conseil scientifique appliqué et, plus que probablement, un pivot vers l'application technologique et l'essaimage d'entreprises commerciales. entreprises en démarrage.
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- La source: https://physicsworld.com/a/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem/
