CERN møder kvanteteknologi

Dagens informations- og kommunikationsteknologi voksede ud af opfindelsen og udviklingen af ​​kvantemekanik i løbet af det sidste århundrede. Men, smart som det er, at milliarder af transistorer kan pakkes ind i din smartphone, eller at fotoner dirigeres rundt på internettet ved hjælp af lasere, de enheder, der ligger til grund for den "første kvanterevolution", er kun afhængige af kvantemekanikkens underlige egenskaber - de bruger dem ikke direkte.

CERN Quantum Technology Initiative (QTI), som blev annonceret af CERNs generaldirektør Fabiola Gianotti i juni, ser CERN slutte sig til en hastigt voksende global indsats for at skabe en "anden kvanterevolution"-hvorved fænomener som superposition og sammenfiltring, som gør det muligt for et objekt at være to steder på samme tid eller at påvirke et andet øjeblikkeligt, udnyttes til at bygge ny computing, meddelelse, sanse- og simuleringsudstyr.

Det er svært at forudsige konsekvenserne af sådanne kvanteteknologier på samfundet, men for højenergifysik og CERN er fordelene klare. De inkluderer avancerede computeralgoritmer til at klare fremtidige udfordringer med dataanalyse, ultrafølsomme detektorer til at søge efter skjulte sektorpartikler og gravitationsbølger, og brugen af ​​velkontrollerede kvantesystemer til at simulere eller reproducere adfærden af ​​komplekse mange-krops kvantefænomener til teoretisk forskning.

Selvom det er relativt nyt inden for kvanteteknologiscenen, CERN er i den enestående position at have det mangfoldige sæt af færdigheder og teknologier på ét sted – herunder software, computing og datavidenskab, teori, sensorer, kryogenik, elektronik og materialevidenskab - nødvendigt for sådan en tværfaglig indsats. AEgIS hos CERNs Antiproton Decelerator, som er i stand til at udforske den multi-partikel sammenfiltrede natur af fotoner fra positronium udslettelse, er et af flere eksempler på eksisterende CERN-eksperimenter, der allerede arbejder inden for relevante teknologiområder. CERN giver også værdifulde use cases til at hjælpe med at sammenligne klassiske og kvantetilgange til visse applikationer, som demonstreret for nylig, da et hold hos Caltech brugte en kvantecomputer bestående af 1098 superledende qubits til at "genopdage" Higgs-bosonen fra LHC-data. CERNs rige netværk af akademiske og industrirelationer, der arbejder i unikke samarbejder som CERN openlab er en yderligere styrke.

Vejen til CERN's QTI begyndte med en workshop om kvanteberegning i højenergifysik arrangeret af CERN openlab i november 2018, som blev fulgt op af flere initiativer, pilotprojekter og arrangementer. I løbet af de næste tre år, initiativet vil vurdere kvanteteknologiernes potentielle indvirkning på CERN og højenergifysik på tidsskalaen for HL-LHC (slutningen af ​​2030'erne) og videre. Styring og operationelle instrumenter er ved at blive færdiggjort, og konkrete F&U-mål er ved at blive defineret inden for de fire vigtigste kvanteteknologiområder:computing; sansning og metrologi; meddelelse; og simulering og informationsbehandling. CERN QTI vil også udvikle et internationalt uddannelsesprogram i samarbejde med eksperter, universiteter og industri, og identificere mekanismer til videndeling i CERN-medlemsstaterne, højenergifysiksamfundet, andre videnskabelige forskningsmiljøer og samfundet som helhed.

"Ved at deltage i dette hurtigt voksende felt, CERN har ikke kun meget at tilbyde, men har også direkte gavn af det, " siger Alberto Di Meglio, koordinator for CERN QTI og leder af CERN openlab. "CERN Quantum Technology Initiative, ved at hjælpe med at strukturere og koordinere aktiviteter med vores samfund og de mange internationale offentlige og private initiativer, er et vigtigt skridt for at forberede sig til denne spændende kvantefremtid."