Lanzamiento de PASQuanS2: Transformando el panorama para la simulación cuántica programable en Europa

Las tecnologías cuánticas han evolucionado considerablemente en los últimos años logrando numerosos y grandes avances científicos. En vista a las aplicaciones futuras, uno de los campos más prometedores es la simulación de sistemas cuánticos de muchos cuerpos o sistemas, como los materiales cuánticos, las moléculas para la investigación de fármacos y los constituyentes fundamentales de la materia en condiciones extremas. Todos estos estos problemas pueden abordarse mediante ordenadores cuánticos especializados, conocidos como simuladores cuánticos. El desarrollo de simuladores cuánticos analógicos y digitales ha tenido un avance significativo en los últimos años. A medida que las diferentes plataformas llegan a un punto de madurez tecnología en términos de escalabilidad, estabilidad y programabilidad, la simulación cuántica está pasando de ser un medio exclusivo para que físicos respondan preguntas científicas particulares a ser una poderosa herramienta para ayudar a abordar problemas del mundo real y proporcionar aplicaciones prácticas para la industria. Por ejemplo, los simuladores cuánticos podrán en un futuro usarse potencialmente para desarrollar nuevos materiales, analizar procesos químicos y resolver problemas de optimización.

Un esfuerzo de investigación que ha contribuido significativamente al avance de las tecnologías y aplicaciones de simulación cuántica es el proyecto europeo Quantum Flagship PASQuanS (2018-2022). El proyecto ha agrupado a expertos experimentales, equipos teóricos y socios industriales, ampliando con éxito las plataformas de simulación cuántica basadas en átomos e iones, convirtiéndolas en las más avanzadas hasta la fecha. La misión inicialmente iniciada por PASQuanS ahora continúa y se amplía con el proyecto sucesor PASQuanS2.

Propocionar un ecosistema vibrante para la simulación cuántica en toda Europa

Al agrupar a la mayoría de los miembros originales del consorcio con nuevos expertos líderes de institutos de investigación, industria, pequeñas y medianas empresas y nuevas empresas de siete estados miembros de la UE, PASQuanS2 se propone, durante los próximos siete años, a transformar el desarrollo de la simulación cuántica programable en Europa. Liderados por el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, los 25 socios son parte de un programa marco que presenta un ambicioso programa de investigación de siete años: el equipo buscara avanzar y desarrollar hardware y software para problemas científicos e industriales relevantes, de modo que la próxima generación de simuladores de gran escala, constituidos con hasta 10.000 sistemas cuánticos individuales, podrán demostrar su funcionamiento estable y de manera accesible para el usuario final hacia el final del proyecto.

Contemplado en dos etapas, PASQuanS2 ahora está iniciando su primera fase de proyecto: el llamado PASQuanS2.1. Con una duración de los próximos 3,5 años, uno de los principales objetivos de esta fase inicial es el desarrollo de simuladores cuánticos con al menos 2000 átomos, abriendo camino hacia los los sistemas de 10.000 átomos en paralelo a mejorar el control, la estabilidad y la escalabilidad. Junto con el avance tecnológico de las plataformas y el desarrollo de una primera versión de software en stacks para el control de los dispositivos, PASQuanS2.1 continuará explorando aplicaciones industriales e identificando problemas de la vida real mientras establece un ecosistema sostenible de usuarios finales y plataformas abiertas y accesibles de simulación cuántica. “Abordar estos desafíos requiere de un esfuerzo concertado entre experimentalistas y teóricos del mundo académico e ingenieros de socios industriales, incluidos tecnólogos de hardware y software que trabajan junto con posibles usuarios finales”, subraya el coordinador del proyecto Immanuel Bloch, director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y Cátedra en LMU Munich.

Resumiendo, las principales actividades y objetivos de los próximos tres años y medio, continúa: “Al final de esta primera fase, planeamos tener un ecosistema de simulación cuántica que involucre plataformas de hardware y el correspondiente software hecho a medida, lo que nos permitirá demostrar una ventaja cuántica en el ámbito académico asi como en retos industriales durante la segunda fase de PASQuanS2. Además, este ecosistema comprenderá una cadena de suministro de hardware integrada que ayudará a avanzar en los sistemas modulares, que implementaremos más adelante como componentes básicos en los experimentos en PASQuanS2.2, asi como una cadena de procesos tecnológicos que transferirá estos componentes básicos a socios industriales para su propia producción de simuladores cuánticos con el fin de abrir plataformas en línea”.

Como parte del Quantum Flagship, PASQuans2 continuará intercambiando y vinculándose con otros esfuerzos cuánticos financiados por la UE y programas nacionales en toda Europa, lo que permitirá la transferencia de tecnología y promoverá la colaboración entre la academia y la industria a nivel tecnológico y de usuario final.

Contribución del ICFO

Los investigadores del ICFO Prof. Antonio Acín, Prof. Maciej Lewenstein y Prof. Leticia Taurrell contribuirán tanto en los aspectos teóricos como experimentales del proyecto. Por un lado, desarrollarán un simulador cuántico basado en una red cristalina de estroncio que permitirá obtener imágenes con una resolución de un solo átomo y de un solo sitio, en una configuración compacta que minimice la complejidad experimental. Con este setup, aprovecharán esta y otras plataformas de simulación del consorcio para proponer y realizar demostraciones científicas. Por otro lado, investigarán teóricamente el uso de dispositivos de computación cuántica de propósito especial, como simuladores, para resolver problemas relevantes en ciencia y optimización, así como también proporcionarán métodos para su certificación.

Key Facts

Project Title: Programmable Atomic Large-Scale Quantum Simulation

Project Acronym: PASQuanS2.1

Duration: April 2023 – September 2026

Budget: €16.6 mil

Partners: 25 partners from six EU member states

Coordinator: Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Max Planck Institute of Quantum Optics), Immanuel Bloch

Website: www.pasquans2.eu

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