Οι κβαντικές τεχνολογίες, που εκμεταλλεύονται τα εγγενή φαινόμενα της κβαντικής μηχανικής, όπως η υπέρθεση και η εμπλοκή, έχουν τη δυνατότητα να μεταμορφώσουν την επιστήμη και την κοινωνία τα επόμενα πέντε έως 10 χρόνια.
Αυτό μερικές φορές περιγράφεται ως η δεύτερη κβαντική επανάσταση, μετά την πρώτη που περιλάμβανε την εισαγωγή συσκευών όπως λέιζερ και τρανζίστορ τον τελευταίο μισό αιώνα. Οι κβαντικές τεχνολογίες (QT) απαιτούν πόρους που δεν είναι mainstream σήμερα. Κατά τα τελευταία δύο χρόνια, η ειδική υποστήριξη για Ε & Α στα QTs έχει γίνει μέρος εθνικών και διεθνών ερευνητικών θεμάτων, με πολλές σημαντικές πρωτοβουλίες σε εξέλιξη παγκοσμίως. Ήρθε η ώρα για το CERN να συμμετάσχει πιο επίσημα σε τέτοιες δραστηριότητες.
Μετά από ένα πρώτο εργαστήριο κβαντικής πληροφορικής στη φυσική υψηλής ενέργειας που διοργανώθηκε από το CERN openlab τον Νοέμβριο του 2018 ( CERN Courier Δεκέμβριος 2018 σελ. 41), πρωτοβουλίες βέλτιστης προσπάθειας, εκδηλώσεις και κοινά πιλοτικά έργα έχουν δημιουργηθεί στο CERN για να διερευνήσουν το ενδιαφέρον της κοινότητας για τις κβαντικές τεχνολογίες (ιδίως την κβαντική πληροφορική), καθώς και για πιθανές συνέργειες με άλλους ερευνητικούς τομείς. Τον Ιούνιο, η διεύθυνση CERN ανακοίνωσε την πρωτοβουλία κβαντικής τεχνολογίας CERN. Το CERN βρίσκεται στη μοναδική θέση να διαθέτει σε ένα μέρος το ποικίλο σύνολο δεξιοτήτων και τεχνολογιών συμπεριλαμβανομένου του λογισμικού, της πληροφορικής και της επιστήμης δεδομένων, της θεωρίας, των αισθητήρων, της κρυογονικής, της ηλεκτρονικής και της επιστήμης των υλικών – απαραίτητο για μια πολυτομεακή προσπάθεια όπως το QT. Το CERN έχει επίσης συναρπαστικές περιπτώσεις χρήσης που δημιουργούν ιδανικές συνθήκες για σύγκριση κλασικών και κβαντικών προσεγγίσεων σε ορισμένες εφαρμογές και έχει ένα πλούσιο δίκτυο ακαδημαϊκών και βιομηχανικών σχέσεων που λειτουργούν σε μοναδικές συνεργασίες όπως το CERN openlab.
Σήμερα, το QT είναι οργανωμένο σε τέσσερις κύριους τομείς. Ο ένας είναι ο υπολογισμός, όπου τα κβαντικά φαινόμενα όπως η υπέρθεση χρησιμοποιούνται για την επιτάχυνση ορισμένων κατηγοριών υπολογιστικών προβλημάτων πέρα από τα όρια που επιτυγχάνονται με τα κλασικά συστήματα. Ένα δεύτερο είναι η κβαντική ανίχνευση και η μετρολογία, που εκμεταλλεύεται την υψηλή ευαισθησία των συνεκτικών κβαντικών συστημάτων για το σχεδιασμό νέων κατηγοριών ανιχνευτών ακριβείας και συσκευών μέτρησης. Η τρίτη, κβαντική επικοινωνία, με την οποία μεμονωμένα ή εμπλεγμένα φωτόνια και οι κβαντικές καταστάσεις τους χρησιμοποιούνται για την εφαρμογή ασφαλών πρωτοκόλλων επικοινωνίας σε δίκτυα οπτικών ινών ή συσκευές κβαντικής μνήμης ικανές να αποθηκεύουν κβαντικές καταστάσεις. Ο τέταρτος τομέας είναι η κβαντική θεωρία, η προσομοίωση και η επεξεργασία πληροφοριών, όπου καλά ελεγχόμενα κβαντικά συστήματα χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση ή την αναπαραγωγή της συμπεριφοράς διαφορετικών, λιγότερο προσβάσιμων, κβαντικών φαινομένων πολλών σωμάτων, και οι σχέσεις μεταξύ κβαντικών φαινομένων και βαρύτητας μπορούν να διερευνηθούν – ένα θέμα στο επίκεντρο του θεωρητικού ερευνητικού προγράμματος του CERN. Υπάρχει μεγάλη αλληλεπικάλυψη μεταξύ αυτών των τεσσάρων τομέων, για παράδειγμα οι κβαντικοί αισθητήρες και τα δίκτυα μπορούν να συγκεντρωθούν για να δημιουργήσουν δυνητικά πολύ ακριβή, συστήματα μεγάλης κλίμακας ανιχνευτών.
Κατά τα επόμενα τρία χρόνια, η κβαντική τεχνολογική πρωτοβουλία θα αξιολογήσει τον πιθανό αντίκτυπο των QT στο CERN και της υψηλής ενέργειας φυσικής στο χρονοδιάγραμμα του HL-LHC και μετά. Μετά τη θέσπιση διακυβέρνησης και επιχειρησιακών μέσων, η πρωτοβουλία θα λειτουργήσει για τον καθορισμό συγκεκριμένων στόχων Ε & Α στους τέσσερις βασικούς τομείς QT έως το τέλος του τρέχοντος έτους. Θα αναπτύξει επίσης ένα διεθνές πρόγραμμα εκπαίδευσης και κατάρτισης σε συνεργασία με κορυφαίους εμπειρογνώμονες, πανεπιστήμια και βιομηχανία, και θα εντοπίσει μηχανισμούς ανταλλαγής γνώσεων στα κράτη μέλη του CERN, την κοινότητα φυσικής υψηλής ενέργειας, άλλες κοινότητες επιστημονικής έρευνας και την ευρύτερη κοινωνία. Οι μεταπτυχιακοί φοιτητές θα επιλεγούν εγκαίρως για τα πρώτα έργα που θα ξεκινήσουν στις αρχές του 2021.
Κοινές πρωτοβουλίες
Μια σειρά από κοινές συνεργασίες έχουν ήδη δημιουργηθεί σε όλη την κοινότητα φυσικής υψηλής ενέργειας και το CERN συμμετέχει σε διάφορα πιλοτικά ερευνητικά έργα με κορυφαία ακαδημαϊκά και ερευνητικά κέντρα. Από τη βιομηχανία, μέσω του CERN openlab, το CERN συνεργάζεται ήδη σε κβαντικές τεχνολογίες με CQC, Google, IBM και Intel. Η πρωτοβουλία κβαντικής τεχνολογίας CERN θα συνεχίσει να δημιουργεί δεσμούς με τη βιομηχανία και να συνεργάζεται με τις κύριες εθνικές κβαντικές πρωτοβουλίες παγκοσμίως.
Οι κβαντικές τεχνολογίες έχουν τη δυνατότητα να μεταμορφώσουν την επιστήμη και την κοινωνία τα επόμενα πέντε έως 10 χρόνια
Συμμετέχοντας σε αυτόν τον ταχέως αναπτυσσόμενο τομέα, το CERN όχι μόνο έχει πολλά να προσφέρει, αλλά επίσης επωφελείται από αυτό. Για παράδειγμα, τα QT έχουν ισχυρές δυνατότητες υποστήριξης του σχεδιασμού νέων εξελιγμένων τύπων ανιχνευτών, ή στην αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση του φόρτου εργασίας υπολογιστών των πειραμάτων φυσικής. Η πρωτοβουλία κβαντικής τεχνολογίας CERN, βοηθώντας τη δομή και τον συντονισμό των δραστηριοτήτων με την κοινότητά μας και τις πολλές διεθνείς δημόσιες και ιδιωτικές πρωτοβουλίες, είναι ένα ζωτικό βήμα για την προετοιμασία για αυτό το συναρπαστικό μέλλον.
