De Duitse onderzoekskrachtpatser DESY heeft naam gemaakt in de hoge-energiefysica, maar het Centrum voor Kwantumtechnologie en Toepassingen (CQTA) wil de inspanningen van het laboratorium op het gebied van de kwantumwetenschappen uitbreiden – en versterken. Hoofd CQTA Karel Jansen praat met Joe McEntee over het belang van R&D-partnerschappen in het langetermijnbedrijfsmodel van het centrum
Als Duits nationaal laboratorium met wortels in de natuurkunde en een van 's werelds toonaangevende onderzoekscentra op het gebied van versnellers, vallen de wetenschappelijke inspanningen van DESY onder vier hoofdthema's: deeltjesfysica, fotonenwetenschap, astrodeeltjesfysica en versnellerfysica. Deze complementaire onderzoekstrajecten, gevolgd met een netwerk van nationale en internationale partners, zorgen ervoor dat DESY jaarlijks meer dan 3000 gastwetenschappers uit meer dan 40 landen aantrekt. Het laboratorium is ook een felbegeerd R&D-knooppunt voor de industrie, waarbij de toonaangevende experimentele faciliteiten een unieke aanvulling vormen op de innovatiepijplijn van Europa's kleine en middelgrote ondernemingen en gevestigde technologiebedrijven.
Het CQTA-team is er om industriële, academische en overheidspartners te helpen hun problemen zo te formuleren dat ze op een kwantumcomputer kunnen draaien.
Dat naar buiten gerichte werkmodel ligt ten grondslag aan een ontluikende R&D-inspanning die wil voortbouwen op DESY's capaciteiten op het gebied van de kwantumwetenschap en -technologie. Het doel: het diverse hoge-energiefysica-programma van het laboratorium ondersteunen en tegelijkertijd allerlei downstream-effecten in industriële en commerciële toepassingen mogelijk maken. Deze inspanningen worden gekanaliseerd via het Center for Quantum Technology and Applications (CQTA), gevestigd op DESY's Zeuthen-campus aan de rand van Berlijn, met € 15 miljoen aan startfinanciering van de deelstaat Brandenburg.
Een kwantum QUEST op Cyprus
Eerder dit jaar ontving Karl Jansen, hoofd van DESY's CQTA, een academische leerstoel van € 2.5 miljoen van het European Research Executive Agency (REA), een pan-Europees financieringsorgaan voor onderzoek en innovatie. Jansen, DESY's eerste REA-voorzitter, zal de financiering gebruiken om een nieuw onderzoekscentrum voor kwantumcomputing op te richten bij het Cyprus Institute.
Het QUantum Computing for Excellence in Science and Technology (QUEST) laboratorium, gelegen aan de rand van Nicosia, zal volledig verbonden zijn met het CQTA-onderzoeksprogramma bij DESY in Zeuthen. Het gezamenlijke doel: de onderzoekscapaciteit op Cyprus verbeteren door een regionaal excellentiecentrum voor onderzoek en ontwikkeling op het gebied van kwantumcomputing te creëren, waardoor kwantumwetenschappers en -ingenieurs van hoog niveau naar het oostelijke Middellandse Zeegebied worden aangetrokken.
“Als REA-voorzitter van QUEST”, zegt Jansen, “werk ik samen met collega's van het Cyprus Institute om een kwantumgroep op te richten die bestaat uit een universitair hoofddocent en verschillende postdocs en PhD-studenten. Een andere prioriteit van QUEST is het bieden van praktijkgerichte training aan studenten die geïnteresseerd zijn in een onderzoekscarrière in de kwantumwetenschappen en -techniek.”
CQTA, gelanceerd in januari 2022, streeft ernaar de fundamentele wetenschappelijke programma's van DESY op het gebied van quantum computing, quantummaterialen en quantumsensoren te exploiteren. “DESY heeft een taskforce voor kwantumtechnologieën opgericht om zijn inspanningen op het gebied van kwantumonderzoek en -ontwikkeling te coördineren, waarbij CQTA een centraal punt vormt voor de operationele implementatie van kwantumcomputers en kwantumsensoren”, zegt Karl Jansen, hoofd van CQTA en hoogleraar natuurkunde bij DESY. “Ons activiteitenportfolio bij CQTA breidt zich voortdurend uit en wat we hopen als uitkomst is het identificeren van gebruiksscenario’s waarin we duidelijk ‘kwantumvoordeel’ kunnen behalen door middel van kwantumcomputermethoden.”
Kwantumvoordeel in de wetenschap
Wat de operationele prioriteiten betreft, verloopt de opdracht van CQTA langs verschillende hoofdlijnen: het ontwikkelen van kwantumalgoritmen en -methoden; het faciliteren van de toegang tot quantumcomputerhardware voor DESY's onderzoeks- en industriële partners; benchmarking, testen en verificatie van kwantumhardware; en het uitvoeren van een kwantummetrologieprogramma met behulp van gevangen-ionklokken om te zoeken naar ‘nieuwe fysica’ die verder gaat dan het standaardmodel. Er is ook een op maat gemaakt trainingsprogramma in de maak voor beginners die de basisprincipes van quantum computing willen begrijpen, maar ook voor gevorderden in onderzoek en industrie.
Het SQMS Center van Fermilab behandelt alle aspecten van de 'kwantumpuzzel'
De vooruitgang is bemoedigend, aangezien er al vlaggenschip-CQTA-projecten aan de gang zijn ter ondersteuning van DESY's kernfysicaprogramma's. Het Laser Und XFEL Experiment (LUXE) is bijvoorbeeld een onderzoekssamenwerking tussen DESY-wetenschappers en hun tegenhangers bij de Europese X-ray Free Electron Laser (Eu.XFEL) in Hamburg om kwantum-elektrodynamica (QED)-processen te bestuderen aan de zo- zogenaamde “sterke veldgrens” (in wezen het onderzoeken van de interacties van een optische laser met hoge intensiteit en de 16.5 GeV elektronenbundel van de Eu.XFEL).
CQTA-onderzoekers voeren op hun beurt proof-of-principle-studies uit binnen LUXE, waarbij ze kwantumhardware inzetten om het gebruik van poortgebaseerde kwantumcomputers voor patroonherkenning bij de reconstructie van deeltjessporen te onderzoeken. De hoop is dat kwantumalgoritmen en -methoden die binnen LUXE zijn ontwikkeld, overdraagbaar zullen zijn naar experimenten in andere faciliteiten voor hoge-energiefysica, waardoor wetenschappers enorme hoeveelheden gegevens op een efficiëntere manier kunnen verwerken.
Een ander actief onderzoeksgebied is de impact van ruis in kwantumalgoritmen. “De kwantumcomputers van vandaag zijn erg luidruchtig”, zegt Jansen, “maar die ruis kan nuttig zijn als een algoritme ‘vastloopt’ in een hoekje van de parameterruimte.” Met andere woorden: het toevoegen van wat ruis kan een algoritme wegdrijven van een verkeerd resultaat naar de gezochte oplossing (hoewel te veel ruis betekent dat er helemaal geen oplossing wordt gevonden). “Waar we in elk geval naar op zoek zijn, is de 'sweet spot' en de optimale hoeveelheid ruis”, voegt Jansen toe.
Kwantumvoordeel in de industrie
Ondertussen wordt quantum computing al aangeprezen als een ‘ontwrichter’ voor een reeks industriële toepassingen, waaronder de ontdekking en ontwikkeling van geneesmiddelen, logistieke optimalisatie en financiële modellering. Een casestudy in dit verband is een R&D-samenwerking tussen wetenschappers van CQTA en Forschungszentrum Jülich, een ander Duits nationaal onderzoeksinstituut, waarbij wordt gekeken naar het ‘flight-gate-toewijzingsprobleem’ op luchthavens – en specifiek naar de manier waarop de connectiviteit en planning tussen inkomende en uitgaande vluchten kunnen worden gemaximaliseerd. uitgaande vluchten.
Met behulp van gegevens van een operationele luchthaven probeert het CQTA-Jülich-team verborgen correlaties met quantum computing op te sporen en zo deze problemen sneller en efficiënter op te lossen. Het grotere plaatje hier is dat de wiskundige beschrijving en oplossing van het poorttoewijzingsprobleem ook kan worden toegepast op andere interessegebieden voor industrie en overheid, waaronder verkeersmanagement, vlootlogistiekdiensten en crowd control bij grote sportevenementen. “Wat interessant is,” merkt Jansen op, “is dat de kwantumalgoritmen en -methoden die we hebben ontwikkeld voor toepassingen in de hoge-energiefysica overdraagbaar zijn op veel industriële problemen – en vice versa. '
CERN QTI: grote wetenschap benutten om kwantuminnovatie te versnellen
Enigszins verrassend omvat een ander actief gebied van CQTA-onderzoek wetenschappelijke, technische en artistieke toepassingen van kwantumcomputers in muziek. Er is hier een groeiende belangstelling voor de creatieve en commerciële mogelijkheden voor muzikanten en producers, zoals blijkt uit het Second International Symposium on Quantum Computing and Musical Creativity, dat in oktober 2023 in Berlijn werd gehouden (en mede werd georganiseerd door CQTA en de Universiteit van Plymouth, VK). “Als we bij CQTA voldoende ervaring hebben opgedaan”, zegt Jansen, “is de visie om een kwantumsynthesizer te bouwen, zodat muzikanten die geen idee hebben van kwantumcomputers het instrument kunnen gebruiken om compleet nieuwe geluiden te creëren.”
Investeren in partnerschappen
Ondanks de operationele vooruitgang van CQTA in de afgelopen twee jaar hebben Jansen en collega's ook gewerkt aan het verbeteren van het aanbod van CQTA op een meer strategische manier.
niveau. De CQTA werd vorig jaar zelfs geaccepteerd als een IBM Quantum Innovation Center, waardoor toegang werd geboden tot een wereldwijd R&D-netwerk van Fortune 500-bedrijven, start-ups, universiteiten en nationale onderzoekslaboratoria, die allemaal met IBM samenwerken om kwantumcomputertechnologieën te bevorderen en toepassingen. De samenwerking met IBM is van dubbel belang, aangezien CQTA zichzelf positioneert als leverancier van gespecialiseerde technische consultancy- en facilitatiediensten voor alles wat met kwantum te maken heeft.
DESY heeft een taskforce voor kwantumtechnologieën opgericht om zijn inspanningen op het gebied van kwantumonderzoek en -ontwikkeling te coördineren, waarbij CQTA een centraal punt vormt voor kwantumcomputing en kwantumdetectie
“Het CQTA-team is hier om partners uit de industrie, de academische wereld en de overheid te helpen hun problemen zo wiskundig te formuleren dat ze op een kwantumcomputer kunnen draaien”, merkt Jansen op. “Onze nauwe werkrelatie met IBM betekent dat we bij uitbreiding in staat zijn om op vergoeding gebaseerde toegang voor derden tot de geavanceerde quantumhardware en -software van IBM te bemiddelen – waarbij complexe wetenschappelijke en technologische problemen worden opgelost via quantum computing.”
Die grotere zichtbaarheid en erkenning werkt ook in andere opzichten – niet in de laatste plaats de rol van CQTA als ‘kwantumversneller’ en regionaal knooppunt in de deelstaat Brandenburg, waar de lokale overheid van plan is om tegen het einde van dit jaar een mondiaal belangrijke basis voor kwantumtechnologieën te creëren. de eeuw. “Op dit moment”, zegt Jansen, “gaat het allemaal om het verbinden van relevante belanghebbenden in de regio Brandenburg en het verkennen van gemeenschappelijke initiatieven – bijvoorbeeld het opbouwen van de kwantumarbeidskrachten, evenals toegepaste onderzoeks- en innovatienetwerken.”
QUANT-NET's testbedinnovaties: het kwantumnetwerk opnieuw vormgeven
Terwijl CQTA-wetenschappers en -ingenieurs nieuwe toepassingen voor kwantumcomputing blijven onderzoeken, is Jansen al op zoek naar een duurzaam langetermijnbedrijfsmodel voor het initiatief, dat momenteel wordt gefinancierd door de deelstaatregering van Brandenburg, het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF). ), het Horizon-programma van de Europese Unie en een netwerk van industriële partners.
“De bouwstenen van het businessplan van CQTA zijn grotendeels work-in-progress,” concludeert Jansen, “met de nadruk op R&D-samenwerking, toegepast wetenschappelijk advies en, meer dan waarschijnlijk, een draai richting technologische vertaling en de spin-out van commerciële oplossingen. startende ondernemingen.”
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem/
