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World File Search System对撞机
量子退火器的模式识别算法
摘要带电粒子的重建将是高亮度大型强子对撞机（HL-LHC）的关键计算挑战，其中增加的数据速率导致当前模式识别算法的运行时间大大增加。此处探索的另一种方法将模式识别表示为二次无约束的二进制优化（QUBO），该方法允许在经典和量子退火器上运行算法。虽然提出的方法的总体时间及其缩放量仍待测量和研究，但我们证明，就效率和纯度而言，可以实现LHC跟踪算法的相同物理性能。将需要进行更多的研究以在HL-LHC条件下实现可比的性能，因为增加的轨道密度降低了QUBO轨道段分类器的纯度。
夸克和胶子喷流产生的量子扩散模型
扩散模型在图像生成方面表现出色，但它们的计算量大且训练耗时。在本文中，我们介绍了一种新型扩散模型，该模型受益于量子计算技术，可以减轻计算挑战并提高高能物理数据的生成性能。全量子扩散模型在前向过程中用随机酉矩阵取代高斯噪声，并在去噪架构的 U-Net 中引入变分量子电路。我们对来自大型强子对撞机的结构复杂的夸克和胶子喷流数据集进行了评估。结果表明，全量子和混合模型在喷流生成方面可与类似的经典模型相媲美，凸显了使用量子技术解决机器学习问题的潜力。
核研究所和物理研究方法，A
随着高能高亮度对撞机 [1] 的出现，尤其是 1994 年 6 月 LHC 建造计划的批准 [2]，显然探测器上的电子系统需要具有抗辐射能力，才能在所需的 10 年实验寿命内生存 [3]。航天工业 [4] 所采用的方法是依靠工业合格的抗辐射商用现货元器件 (COTS) 或合格的消费电子元器件，这显然不适合高能物理 (HEP) 项目，因为高能物理项目受到的辐射剂量远远超过太空中的辐射剂量，而元器件数量众多意味着系统成本高昂。毋庸置疑，实施实验所需的大多数功能在消费市场上是找不到的，尽管数据通信系统肯定不是这种情况，尽管工业界无法提供所需的抗辐射元器件，但已经领先于 HEP 的需求 [5, 6]。
1 仪器前沿工作组报告...
探测器仪器是科学发现的核心。尖端技术使美国粒子物理学能够在全球范围内发挥主导作用。本报告总结了高能物理 (HEP) 仪器的现状、未来实验的挑战和需求，并指出了高优先级研究领域。仪器前沿研究了对撞机物理、中微子物理、稀有和精密物理以及宇宙前沿未来实验所需的探测器技术和研发 (R&D)。它被划分为或多或少对角线的区域，其中一些区域有重叠。我们列出了五个高层次的关键信息，旨在确保美国探测器仪器社区的健康和竞争力，从而确保整个粒子物理领域的健康和竞争力。
超对称顶夸克事件分类的量子算法
寻找超对称粒子是大型强子对撞机 (LHC) 的主要目标之一。超对称顶部 (停止) 搜索在这方面发挥着非常重要的作用，但 LHC 下一个高光度阶段将达到前所未有的碰撞率，这对任何新信号与标准模型背景的分离提出了新的挑战。量子计算技术提供的大规模并行性可以为这个问题提供有效的解决方案。在本文中，我们展示了缩放量子退火机器学习方法的一种新应用，用于对停止信号与背景进行分类，并在量子退火机中实现它。我们表明，这种方法与使用主成分分析对数据进行预处理相结合，可以产生比传统多元方法更好的结果。
使用边缘机器学习的粒子喷气机
世界上最大，最强大的粒子加速器称为大型强子对撞机（LHC））。这是CERN加速器综合大楼的最新补充，最初于2008年9月10日开业。LHC由27公里的超导磁体环组成，配备了许多加速设备，以增加粒子行驶时的能量。CERN的LHC体现了人类寻求理解亚原子世界的巅峰之作。在这种科学的奇迹中，粒子喷射了高能碰撞产生的新颗粒的喷雾是粒子物理及其他标准模型的基本探针。这些喷气机的准确分类对于识别新物理学的信号至关重要。但是，对于传统数据处理方法，LHC产生的数据的庞大和复杂性构成了重大挑战[1]。
高能碰撞中带电轨迹寻找的量子路径
在高能粒子碰撞中，带电轨迹查找是一项复杂而又至关重要的工作。我们提出了一种量子算法，特别是量子模板匹配，以提高轨迹查找的准确性和效率。通过引入数据寄存器并利用新颖的 oracle 结构来抽象量子振幅放大例程，可以将数据解析到电路并与命中模式模板匹配，而无需事先了解输入数据。此外，我们解决了命中数据缺失带来的挑战，证明了量子模板匹配算法能够从命中数据缺失的命中模式中成功识别带电粒子轨迹。因此，我们的研究结果提出了适合实际应用的量子方法，并强调了量子计算在对撞机物理学中的潜力。
2021 年知识转移亮点
快速实现超高能电子治疗 CERN 和瑞士洛桑大学医院 (CHUV) 继续致力于开发创新的 FLASH 放射治疗设施。该设施基于 CERN 开发的 CLIC（紧凑型线性对撞机）加速器技术，将使用超高能电子 (VHEE) 在不到 200 毫秒的时间内治疗深层肿瘤。在如此短的时间内治疗肿瘤利用了所谓的 FLASH 效应，在产生更少副作用的同时提供等效控制。2021 年，CHUV 获得了一笔大额捐款，用于与 CERN 共同建设该设施。此外，在 CERN 的 CLEAR 测试设施进行的实验展示了如何将 VHEE 光束聚焦到深层肿瘤上，并测量了短照射时间的剂量诊断性能。