By ساندرا هيلسيل تم النشر في 09 سبتمبر 2022
ملخصات أخبار الكم في 9 سبتمبر ابدأ بشرح كيف يمكن للزجاجات البلاستيكية المسحوقة إنشاء ألماسات نانوية لأجهزة الاستشعار الكمومية متبوعة بطريقة تشفير كمي جديدة مستقلة عن الجهاز يمكن أن توفر تشفيرًا أكثر أمانًا. كومنولث ماساتشوستس تمنح منحة بحث وتطوير بقيمة 3.5 مليون دولار أمريكي للمنشأة الكمية الجديدة بجامعة نورث إيسترن وهي الثالثة والمزيد
يمكن للزجاجات البلاستيكية المكسرة أن تنتج ألماسًا نانويًا لأجهزة الاستشعار الكمومية
استخدم فريق بحثي ومضات الليزر لمحاكاة المناطق الداخلية للكواكب الجليدية، مما حفز عملية جديدة لإنتاج نوع من الألماس الصغير الذي يعتبر ضروريًا لأجهزة الاستشعار الكمومية. الهندسة والتكنولوجيا (E&T) وتلخيصها هنا.
أجرى الفريق الدولي، برئاسة مركز هيلمهولتز دريسدن روسيندورف (HZDR)، وجامعة روستوك ومدرسة الفنون التطبيقية الفرنسية، تجربة جديدة لتحديد ما يحدث داخل الكواكب الجليدية مثل نبتون وأورانوس.
أطلق الباحثون شعاع ليزر على طبقة رقيقة من بلاستيك PET البسيط وتحققوا مما حدث باستخدام ومضات ليزر مكثفة. وكانت إحدى النتائج هي أن الباحثين تمكنوا من التأكد من أن "الماس المطر" يحدث بالفعل داخل عمالقة الجليد في محيط نظامنا الشمسي.
يمكن لهذه الطريقة أن تنشئ طريقة جديدة لإنتاج الماس النانوي، المطلوب، على سبيل المثال، لأجهزة الاستشعار الكمومية عالية الحساسية. وقد قدمت المجموعة النتائج التي توصلت إليها في المجلة علم السلف.
الظروف في المناطق الداخلية للكواكب العملاقة الجليدية مثل نبتون وأورانوس قاسية: تصل درجات الحرارة إلى عدة آلاف من الدرجات المئوية والضغط أكبر بملايين المرات من الغلاف الجوي للأرض. ومع ذلك، يمكن محاكاة حالات كهذه لفترة وجيزة في المختبر: تضرب ومضات الليزر القوية عينة مادة تشبه الفيلم، وتسخنها حتى 6,000 درجة مئوية في غمضة عين وتولد موجة صدمية تضغط المادة لبضعة نانو ثانية. إلى مليون مرة الضغط الجوي.
لا تحتوي العمالقة الجليدية على الكربون والهيدروجين فحسب، بل تحتوي أيضًا على كميات هائلة من الأكسجين. عند البحث عن مادة فيلم مناسبة، لجأت المجموعة إلى مادة تستخدم يوميًا: PET، وهو الراتنج الذي تُصنع منه الزجاجات البلاستيكية العادية. وقال كراوس: "يتمتع PET بتوازن جيد بين الكربون والهيدروجين والأكسجين لمحاكاة النشاط على الكواكب الجليدية".
تفتح التجربة أيضًا آفاقًا لتطبيق تقني: الإنتاج المصمم خصيصًا للماس بحجم نانومتر، والذي يتم تضمينه بالفعل في المواد الكاشطة وعوامل التلميع. ومن المتوقع في المستقبل أن يتم استخدامها كأجهزة استشعار كمومية عالية الحساسية.
*****
يمكن أن توفر طريقة التشفير الكمي الجديدة المستقلة عن الجهاز تشفيرًا أكثر أمانًا
قام الباحثون في جامعة سنغافورة الوطنية (NUS) بتطوير بروتوكول جديد لـ QKD أو DIQKD المستقل عن الجهاز. ملخصات أخبار الكم تلخص صفقة الأخبار التغطية أدناه.
في حالة QKD أو DIQKD المستقل عن الجهاز، لا يعتمد بروتوكول التشفير على الجهاز المستخدم. للتبادل كمية المفاتيح الميكانيكية، إما يتم إرسال الإشارات الضوئية إلى جهاز الاستقبال عن طريق جهاز الإرسال أو يتم استخدام الأنظمة الكمومية المتشابكة. ويتم استخدام إعدادين للقياس لتوليد المفاتيح بدلاً من إعداد واحد فقط. "من خلال إدخال الإعداد الإضافي لتوليد المفاتيح، يصبح اعتراض المعلومات أكثر صعوبة، وبالتالي يمكن للبروتوكول أن يتحمل المزيد من الضوضاء ويولد مفاتيح سرية حتى بالنسبة للحالات المتشابكة ذات الجودة الأقل." محمد تشارلز ليم من جامعة سنغافورة الوطنية. ليم هو أيضًا أحد مؤلفي الدراسة.
في طرق QKD التقليدية، يمكن ضمان الأمان عندما يتم توصيف الأجهزة الكمومية المستخدمة بشكل جيد. وأوضح تيم فان لينت، أحد المؤلفين الرئيسيين: "ولذا، يتعين على مستخدمي هذه البروتوكولات الاعتماد على المواصفات المقدمة من موفري QKD والثقة في أن الجهاز لن يتحول إلى وضع تشغيل آخر أثناء توزيع المفتاح".
ويأمل الباحثون أن تساعد طريقتهم الآن في إنشاء مفاتيح سرية باستخدام أجهزة غير مميزة وغير جديرة بالثقة. وهم يهدفون الآن إلى توسيع النظام ودمج عدة أزواج ذرية متشابكة.
*****
كومنولث ماساتشوستس يمنح منحة بحث وتطوير بقيمة 3.5 مليون دولار لمنشأة الكم الجديدة بجامعة نورث إيسترن
أعلنت إدارة بيكر بوليتو في ماساتشوستس عن منحة جديدة بقيمة 3.5 مليون دولار لمختبرات التقدم الكمي التجريبي (EQUAL)، وهو مشروع بقيمة 10 ملايين دولار تقريبًا لتطوير قطاعات الاستشعار الكمي الناشئة والتكنولوجيا ذات الصلة في الولاية. تشارك Quantum News Summarys النقاط الرئيسية للإعلان أدناه.
سيقوم المشروع الذي تقوده جامعة نورث إيسترن بإنشاء شراكات جديدة والاستفادة من العديد من الشراكات المستمرة مع المؤسسات الأكاديمية وشركاء الصناعة. والهدف هو تطوير تقنيات الكم من الجيل التالي، وتعزيز التدريب في علوم وهندسة المعلومات الكمومية للطلاب والعمال، وإقامة شراكات أكبر بين الصناعة والحكومة حول الاستشعار الكمي والتقنيات ذات الصلة.
الجائزة الجديدة، من برنامج منحة الكومنولث للبحث التعاوني ومطابقة التنمية الذي يديره معهد الابتكار في مؤسسة ماساتشوستس للتكنولوجيا التعاونية (MassTech)، ستعمل على تطوير علوم المعلومات الكمومية، وهي مجال تركيز ذو أولوية لصندوق البحث والتطوير. يتمتع الاستثمار المستهدف بإمكانات قوية لإحداث تأثيرات اقتصادية على المدى القريب، بما في ذلك خلق فرص عمل جديدة ونمو الإيرادات لدى شركاء الصناعة، الذين حضر العديد منهم إعلان يوم الأربعاء.
ستدعم المنحة تطوير أجهزة استشعار كمومية جديدة فائقة الحساسية لدرجة حرارة الغرفة، وهي مرافق ستوفر قدرة حيوية وفريدة من نوعها في الولاية. ومن خلال التركيز على أجهزة الاستشعار، التي تتطلب متطلبات تقنية أقل من تطوير أجهزة كمبيوتر كمومية كاملة، تجري جامعة نورث إيسترن أبحاثًا توفر مسارات قابلة للتطبيق للتسويق التجاري خلال السنتين إلى الخمس سنوات القادمة.
وسيتضمن المشروع تركيزًا قويًا على تدريب القوى العاملة، والاستجابة للحاجة المتزايدة للعمال الذين يعرفون القراءة والكتابة في علوم المعلومات الكمومية. انظر البيان الصحفي الكامل هنا.
*****
يمكن للبطاريات الكمومية المستقرة الجديدة تخزين الطاقة بشكل موثوق في المجالات الكهرومغناطيسية
تحتاج التقنيات الكمومية إلى طاقة لتعمل. هذا الاعتبار البسيط دفع الباحثين في السنوات العشر الأخيرة إلى تطوير فكرة البطاريات الكمومية، وهي أنظمة ميكانيكية كمومية تستخدم كأجهزة لتخزين الطاقة. في الماضي القريب جدًا، اكتشف الباحثون في مركز الفيزياء النظرية للأنظمة المعقدة (PCS) داخل جامعة هارفارد معهد العلوم الأساسية (IBS)، تمكنت كوريا الجنوبية من وضع قيود صارمة على أداء الشحن المحتمل للبطارية الكمومية. خاصة، لقد حضروا أن مجموعة من البطاريات الكمومية يمكن أن تؤدي إلى تحسن هائل في سرعة الشحن مقارنة ببروتوكول الشحن الكلاسيكي. وهذا بفضل التأثيرات الكمومية، التي تسمح بشحن الخلايا الموجودة في البطاريات الكمومية في وقت واحد.
وعلى الرغم من هذه الإنجازات النظرية، فإن الإنجازات التجريبية للبطاريات الكمومية لا تزال نادرة. الوحيد مثال مضاد ملحوظ مؤخرًا استخدمت مجموعة من الأنظمة ذات المستويين (تشبه إلى حد كبير الكيوبتات التي تم تقديمها للتو) لأغراض تخزين الطاقة، حيث يتم توفير الطاقة بواسطة مجال كهرومغناطيسي (ليزر).
نظرًا للوضع الحالي، من الواضح أنه من الأهمية القصوى العثور على منصات كمومية جديدة يسهل الوصول إليها والتي يمكن استخدامها كبطاريات كمومية. مع أخذ هذا الدافع في الاعتبار، قرر باحثون من نفس فريق IBS PCS، بالتعاون مع جوليانو بينينتي (جامعة إنسوبريا، إيطاليا)، مؤخرًا إعادة النظر في نظام ميكانيكا الكم الذي تمت دراسته بشكل مكثف في الماضي: الميكرومازر. Micromaser هو نظام يتم فيه استخدام شعاع من الذرات ضخ الفوتونات في تجويف. بعبارات بسيطة، يمكن اعتبار الميكرومازر بمثابة تكوين خاص بالنموذج التجريبي للبطارية الكمومية المذكورة أعلاه: يتم تخزين الطاقة في المجال الكهرومغناطيسي، الذي يتم شحنه بواسطة تيار من الكيوبتات التي تتفاعل معها تسلسليًا.
أظهر باحثو IBS PCS ومعاونوهم أن الميكروماسرز لديها ميزات تسمح لها بالعمل كنماذج ممتازة للبطاريات الكمومية. أحد المخاوف الرئيسية عند محاولة استخدام المجال الكهرومغناطيسي لتخزين الطاقة هو أنه من حيث المبدأ، يمكن للمجال الكهرومغناطيسي أن يمتص كمية هائلة من الطاقة، وربما أكثر بكثير مما هو ضروري.
*****
ساندرا ك.هيلسيل ، دكتوراه. تقوم بالبحث وإعداد التقارير حول التقنيات الرائدة منذ عام 1990. وهي حاصلة على درجة الدكتوراه. من جامعة أريزونا.
