لقد مر ما يزيد قليلاً عن عام منذ أن أصبحت CERN ، موطن مصادم Hadron الكبير (LHC) ، قاعدة للمرحلة التجريبية لمدة ثلاث سنوات من معهد الكم المفتوح (OQI). OQI هي مبادرة متعددة ، عالمية ، مدفوعة الدبلوماسية العلمية ، والتي تشمل أهدافها الرئيسية توفير وصول الحوسبة الكمومية للجميع وتسريع تطبيقات الإنسانية.
التحدث إلى الكمبيوتر الأسبوعية في يونيو في الافتتاح منتدى تحالف البيانات الكمومية، التي عقدت في محطة Battersea Power Station في لندن ، وصف Archana Sharma ، كبير المستشارين للعلاقات مع المنظمات الدولية وعالم رئيسي في CERN ، OQI بأنه “تقييم للمكان الذي نكون فيه من حيث الحوسبة الكمومية ، شبكات الكم ، وأجهزة الكمبيوتر الكمومية” التي تسمح لنا بتخزين ما يحدث في ما يحدث في Cern “.
“مهمة سيرن هي فيزياء الجسيمات” ، كما تقول. “لا يمكننا فقط إغلاق فيزياء الجسيمات والبدء في أجهزة الكمبيوتر الكم.”
لكن شارما تعتقد أنه قد يكون هناك تآزر محتمل بين تطوير تقنيات الكم والبحوث التي تجري في CERN. وتقول إن التسارع في مسرعات الجسيمات يحدث بسبب القوى المختلفة. “جميع العمليات التي تحدث أثناء التسارع يحدث هي ميكانيكا الكم إلى حد كبير.”
علاوة على ذلك ، فإن ميكانيكا الكم هو السحر الذي يمكّن أجهزة الكشف عن مسرع الجسيمات المختلفة لجمع النتائج من التجارب التي يديرها العلماء في CERN.
وهناك كميات هائلة من البيانات التي يتم إنتاجها بواسطة هذه التجارب. في الواقع ، تم تعيين التكنولوجيا التي تم تطويرها لدعم تجارب فيزياء الجسيمات في CERN ، والتي تسمى White Rabbit ، ليتم تطبيقها في السعي لتحقيق تصحيح الخطأ في الحوسبة الكمومية. Rabbit White هو نظام توقيت دقيق مفتوح المصدر يضم دقة النانو ثانية ، والذي يتم توزيعه عبر Ethernet.
شركة تقنيات الشبكات الكمومية القائمة على المملكة المتحدة NU Quantum انضم مؤخرًا إلى تعاون أرنب Cern White. توفر التكنولوجيا من CERN NU Quantum طريقة لتقديم التزامن على المستوى اللازم لتوسيع نطاق شبكات الحوسبة الكمومية.
الحوسبة في السعي لتحقيق فيزياء الجسيمات
خرجت الويب من فكرة من تيم بيرنرز لي عندما كان في CERN ، واليوم يحتفظ منزل LHC بالعديد من مستودعات جيثب وقد طورت عددًا من منصات المصادر المفتوحة في سعيها إلى تقدم أبحاث فيزياء الجسيمات.
الحوسبة هي واحدة من الأعمدة الثلاث من سيرن. “الأول [pillar] يقول شارما: “البحث الثاني هو البنية التحتية ، وهو ما يعني أن المسرعين والتجارب والكاشفات. ثم هناك حوسبة. “
تقول شارما إن سيرن تتطور قدرات مركز الحوسبة لتلبية متطلبات البنية التحتية التي تتطلبها التجارب.
وتقول: “نحتاج إلى التأكد من أننا نبحث في بيانات جيدة وتسجيل بيانات جيدة” ، مما يعني أن Cern يجب أن يخفض البيانات من 40 مليون تصادم في الثانية إلى حوالي 1000 في البداية ، ثم إلى 100.
يجب أن تحدث هذه المعالجة بسرعة كبيرة ، قبل اكتشاف التصادم التالي في مسرع الجسيمات. وتقول إن وقت المعالجة حوالي 2.5 ميلي ثانية.
المستشعرات ، لاستخدام مصطلحات CERN ، هي “قنوات” ، وهناك 100000 من هذه القنوات للمعالجة لكل تجربة. يعتمد CERN على التعرف على الأنماط والتعلم الآلي للمساعدة في معالجة مجموعات البيانات الشاسعة المنتجة أثناء التجارب وإنشاء نماذج محاكاة ، كما يوضح Sharma: “هذه هي الأداة الأكبر التي لدينا. لقد قمنا بتشغيل الكثير من المحاكاة لإنتاج نماذج تخبرنا كيف سيتم قراءة كل تصادم”.
“نحن بحاجة إلى التأكد من أننا نبحث عن بيانات جيدة وتسجيل بيانات جيدة”
أرشانا شارما ، سيرن
في الواقع ، تمكن النماذج والمحاكاة CERN من تبسيط جمع بيانات الزناد أو التصادمات التي تم تحديدها كإشارات كهربائية صغيرة من أجهزة الاستشعار عبر 100000 قناة تحتاج إلى المعالجة أثناء التجربة.
يتم استخدام بيانات الزناد لإعادة الإعمار ، حيث يتم تلخيص قياسات الطاقة من المستشعرات. إعادة الإعمار هي محاكاة للتجربة بشكل فعال باستخدام البيانات المرصودة. في المؤسسة ، يمكن اعتبار مثل هذا الإعداد مثالًا على التوأم الرقمي. ومع ذلك ، تقول شاما إن محاكاة CERN قريبة ولكن لا يمكن تصنيفها بالكامل على أنها توأم رقمي.
وتقول: “لسنا توأمًا رقميًا تمامًا لأن البرنامج للفيزياء محتملة. نحاول أن نكون أقرب ما يمكن”.
الخير والشر والخطأ بوضوح
في عالم معالجة البيانات ، تعد المهمة المطروحة مهمة من التحليلات التنبؤية ، حيث أنها مبنية على العلم باستخدام نظرية التنبؤ. يقول شارما: “نحن نقف على أكتاف التنبؤات – نقيس ونؤيد ما قيل لنا ضد ما تتوقعه النظرية”.
إما أن الملاحظات ، استنادًا إلى البيانات التي تم جمعها من التجربة ، تدعم النظرية ، أو شيء خاطئ. تقول شارما إن النتيجة الخاطئة قد تعني أن النظرية ليست صحيحة وتحتاج إلى التغيير والتبديل ، أو قد تعني أن هناك أخطاء معايرة في LHC نفسها.
إن LHC على وشك الدخول في مرحلة “توقف تقني” ، وهو إغلاق لمدة ثلاث سنوات حيث سيتم ترقيته لدعم العلوم الجديدة. أحد مجالات التحسين ، وفقًا لشارما ، هو تحسن 10 مرات في اللمعان ، والتي تقول إنها ستمكنه من جمع 10 مرات بيانات أخرى.
إلى جانب العمل الذي سيكون مطلوبًا على البنية التحتية والكاشفات في CERN ، تقول شاما إن مركز الكمبيوتر الخاص بـ CERN يستعد أيضًا للزيادة الواسعة في البيانات التي ستحتاج إلى معالجتها.
