La potencia de investigación alemana DESY se hizo famosa en la física de altas energías, pero el Centro de Tecnología y Aplicaciones Cuánticas (CQTA) pretende ampliar (y amplificar) los esfuerzos del laboratorio en la ciencia cuántica. Jefe de CQTA karl jansen habla con Joe McEntee sobre la importancia de las asociaciones de I+D en el modelo de negocio a largo plazo del centro
Como laboratorio nacional alemán con raíces en física y uno de los principales centros de investigación de aceleradores del mundo, los esfuerzos científicos de DESY se dividen en cuatro temas principales: física de partículas, ciencia de fotones, física de astropartículas y física de aceleradores. Esas vías de investigación complementarias, llevadas a cabo con una red de socios nacionales e internacionales, significan que DESY atrae a más de 3000 científicos invitados de más de 40 países cada año. El laboratorio es también un codiciado centro de I+D para la industria, y sus instalaciones experimentales de vanguardia ofrecen una incorporación única a la cartera de innovación de las pequeñas y medianas empresas europeas, así como a las empresas tecnológicas establecidas.
El equipo de CQTA está aquí para ayudar a los socios industriales, académicos y gubernamentales a formular sus problemas de tal manera que puedan ejecutarse en una computadora cuántica.
Ese modelo de trabajo orientado al exterior sustenta un incipiente esfuerzo de I+D que busca aprovechar las capacidades de DESY en ciencia y tecnología cuánticas. El objetivo: respaldar el diverso programa de física de alta energía del laboratorio y, al mismo tiempo, permitir todo tipo de impactos posteriores en aplicaciones industriales y comerciales. Esos esfuerzos se canalizan a través del Centro de Tecnología y Aplicaciones Cuánticas (CQTA), establecido en el campus Zeuthen de DESY en las afueras de Berlín con 15 millones de euros de financiación inicial del estado de Brandeburgo.
Una QUEST cuántica en Chipre
A principios de este año, Karl Jansen, director del CQTA de DESY, recibió una cátedra académica de 2.5 millones de euros de la Agencia Ejecutiva de Investigación Europea (REA), un organismo de financiación paneuropeo para la investigación y la innovación. Jansen, el primer presidente REA de DESY, utilizará los fondos para establecer un nuevo centro de investigación para computación cuántica en el Instituto de Chipre.
El laboratorio QUantum Computing for Excellence in Science and Technology (QUEST), ubicado en las afueras de Nicosia, estará completamente conectado con el programa de investigación CQTA en DESY en Zeuthen. El objetivo conjunto: mejorar la capacidad de investigación en Chipre mediante la creación de un centro regional de excelencia para la I+D en computación cuántica, atrayendo a su vez a científicos e ingenieros cuánticos de alto nivel al Mediterráneo oriental.
“Como presidente de REA para QUEST”, dice Jansen, “estoy trabajando con colegas del Instituto de Chipre para establecer un grupo cuántico formado por un profesor asociado, así como varios estudiantes de postdoctorado y doctorado. Otra prioridad de QUEST es brindar capacitación práctica a los estudiantes interesados en seguir una carrera de investigación en ciencia e ingeniería cuánticas”.
Lanzado en enero de 2022, CQTA busca explotar los programas de ciencia básica de DESY en computación cuántica, materiales cuánticos y detección cuántica. "DESY ha creado un grupo de trabajo sobre tecnologías cuánticas para coordinar su esfuerzo de I+D cuántico, con CQTA proporcionando un punto focal para la implementación operativa de la computación cuántica y la detección cuántica", dice Karl Jansen, director de CQTA y profesor de física en DESY. "Nuestra cartera de actividades en CQTA se amplía constantemente y lo que esperamos como resultado es identificar casos de uso en los que podamos ofrecer claramente una 'ventaja cuántica' a través de métodos de computación cuántica".
Ventaja cuántica en la ciencia
En términos de prioridades operativas, el mandato del CQTA se desarrolla en varias direcciones principales: desarrollar algoritmos y métodos cuánticos; facilitar el acceso al hardware de computación cuántica para los socios industriales y de investigación de DESY; evaluación comparativa, pruebas y verificación de hardware cuántico; y ejecutar un programa de metrología cuántica utilizando relojes de iones atrapados para buscar “nueva física” más allá del modelo estándar. También se está preparando un programa de capacitación personalizado para principiantes que buscan comprender los conceptos básicos de la computación cuántica, así como para profesionales avanzados en la investigación y la industria.
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El progreso es alentador, y ya se están llevando a cabo proyectos emblemáticos del CQTA en apoyo de los programas básicos de física de DESY. El Experimento Laser Und XFEL (LUXE), por ejemplo, es una colaboración de investigación entre científicos de DESY y sus homólogos del Láser Europeo de Electrones Libres de Rayos X (Eu.XFEL) en Hamburgo para estudiar los procesos de electrodinámica cuántica (QED) en el llamado "frontera de campo fuerte" (esencialmente explorando las interacciones de un láser óptico de alta intensidad y el haz de electrones de 16.5 GeV del Eu.XFEL).
Los investigadores del CQTA, por su parte, están realizando estudios de prueba de principio dentro de LUXE, implementando hardware cuántico para investigar el uso de computadoras cuánticas basadas en puertas para el reconocimiento de patrones en la reconstrucción de pistas de partículas. La esperanza es que los algoritmos y métodos cuánticos desarrollados dentro de LUXE sean transferibles a experimentos en otras instalaciones de física de alta energía, ayudando a los científicos a procesar enormes cantidades de datos de una manera más eficiente.
Otra área activa de investigación es el impacto del ruido en los algoritmos cuánticos. "Las computadoras cuánticas actuales son muy ruidosas", dice Jansen, "pero ese ruido puede ser útil si un algoritmo queda 'atascado' en un rincón del espacio de parámetros". En otras palabras, agregar algo de ruido puede alejar a un algoritmo de un resultado incorrecto hacia la solución buscada (aunque demasiado ruido significará que no se encuentra ninguna solución). "Lo que buscamos en cada caso es el 'punto óptimo' y la cantidad óptima de ruido", añade Jansen.
Ventaja cuántica en la industria
Mientras tanto, la computación cuántica ya se promociona como un “disruptor” en una variedad de aplicaciones industriales, incluido el descubrimiento y desarrollo de fármacos, la optimización logística y la modelización financiera. Un estudio de caso a este respecto es una colaboración de I+D entre científicos de CQTA y Forschungszentrum Jülich, otro instituto nacional de investigación alemán, que analiza el "problema de asignación de puertas de vuelo" en los aeropuertos y, específicamente, cómo maximizar la conectividad y la programación entre vuelos de entrada y salida. vuelos de ida.
Utilizando datos de un aeropuerto operativo, el equipo de CQTA-Jülich intenta descubrir correlaciones ocultas con la computación cuántica y, al hacerlo, resolver estos problemas de manera más rápida y eficiente. El panorama más amplio aquí es que la descripción matemática y la solución del problema de asignación de puertas también se pueden aplicar a otras áreas de interés para la industria y el gobierno, incluida la gestión del tráfico, los servicios de logística de flotas y el control de multitudes en grandes eventos deportivos. "Lo interesante", señala Jansen, "es que los algoritmos y métodos cuánticos que hemos desarrollado para aplicaciones en física de altas energías son transferibles a muchos problemas industriales, y viceversa."
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Sorprendentemente, otra área activa de estudio del CQTA involucra las aplicaciones científicas, técnicas y artísticas de la computación cuántica en la música. Aquí existe un interés creciente en torno a las oportunidades creativas y comerciales para músicos y productores, como lo demuestra el Segundo Simposio Internacional sobre Computación Cuántica y Creatividad Musical, que se celebró en Berlín en octubre de 2023 (y coorganizado por CQTA y la Universidad de Plymouth). REINO UNIDO). "Una vez que adquiramos suficiente experiencia en CQTA", dice Jansen, "la visión es construir un sintetizador cuántico para que los músicos que no tienen idea de computación cuántica puedan usar el instrumento para crear sonidos completamente nuevos".
Invertir en asociaciones
A pesar del progreso operativo de CQTA en los últimos dos años, Jansen y sus colegas también han estado trabajando para mejorar la oferta de CQTA a un nivel más estratégico.
nivel. De hecho, el CQTA fue aceptado el año pasado como Centro de Innovación Cuántica de IBM, lo que abre el acceso a una red global de I+D de empresas Fortune 500, empresas emergentes, universidades y laboratorios de investigación nacionales, todos los cuales trabajan con IBM para avanzar en tecnologías de computación cuántica y aplicaciones. La alianza con IBM es doblemente significativa dado que CQTA se está posicionando como un proveedor de servicios de facilitación y consultoría técnica especializada para todo lo cuántico.
DESY ha creado un grupo de trabajo sobre tecnologías cuánticas para coordinar su esfuerzo de investigación y desarrollo cuántico, y CQTA proporciona un punto focal para la computación y la detección cuánticas.
"El equipo de CQTA está aquí para ayudar a los socios industriales, académicos y gubernamentales a formular sus problemas matemáticamente de tal manera que puedan ejecutarse en una computadora cuántica", señala Jansen. "Nuestra estrecha relación de trabajo con IBM significa que podemos, por extensión, mediar en el acceso de pago para terceros al hardware y software cuántico de vanguardia de IBM, desentrañando complejos problemas científicos y tecnológicos a través de la computación cuántica".
Esa mayor visibilidad y reconocimiento también funciona en otros aspectos, entre ellos el papel de CQTA como “acelerador cuántico” y centro regional en el estado de Brandeburgo, donde el gobierno local tiene la intención de crear una base globalmente significativa para las tecnologías cuánticas para finales de siglo. la década. "En este momento", dice Jansen, "se trata de conectar a las partes interesadas relevantes en la región de Brandeburgo y explorar iniciativas comunes, por ejemplo, desarrollar la fuerza laboral cuántica, así como redes de investigación aplicada e innovación".
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Mientras los científicos e ingenieros del CQTA continúan explorando aplicaciones novedosas para la computación cuántica, Jansen ya está buscando un modelo de negocio sostenible a largo plazo para la iniciativa, que actualmente está financiada por el gobierno del estado de Brandeburgo, el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF ), el programa Horizon de la Unión Europea y una red de socios industriales.
"Los componentes básicos del plan de negocios de CQTA son en gran medida un trabajo en progreso", concluye Jansen, "con énfasis en la colaboración en I+D, consultoría científica aplicada y, más que probablemente, un giro hacia la traducción de tecnología y la creación de empresas comerciales". emprendimientos de nueva creación”.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/collaboration-shapes-prioritization-within-desys-quantum-ecosystem/
