Quantum News Briefs 13. september: Indsigt fra et besøg i IBM's Quantum Research Labs, Device-uafhængig QKD (DIQKD) vil gøre hacking nytteløst; Forskere udvikler ultratynd 'Metasurface'-enhed til kvanteteknologi & MERE

Quantum News Briefs i dag åbner med "Insights from a Visit to IBM's Quantum Research Labs", efterfulgt af Device-uafhængig QKD (DIQKD) forskning, der vil gøre hacking forgæves; og for det tredje en rapport om forskere, der udvikler ultratynd 'Metasurface'-enhed til kvanteteknologi & MERE.

Indsigt fra et besøg i IBM's Quantum Research Labs

Kevin Krewell, en Forbes-bidragyder, besøgte for nylig IBM's Quantum Research Labs i Yorktown Heights, New York og talte med Jay Gambetta, IBM Fellow og VP for Quantum Computing, IBM Research og hans team, der arbejder på at fremme kvantecomputere. Quantum News Briefs opsummerer nøglepunkter nedenfor. Læs hele interviewet og analysen her.
Krewall åbner med denne forklaring, "Målet for IBM-forskerne er at gøre kvantecomputere så allestedsnærværende som muligt for at løse unikke problemer. For at gøre kvantesystemer mere tilgængelige, skal de blive "cloud-native" eller "serverløse", idet de bliver en cloud-ressource, der opkræves baseret på brug. I denne æra med adskilte datacentre kan quantum være et af de specialiserede beregningselementer, der er tilgængelige for klassiske computere, ligesom GPU'er er i dag."
Krewall gennemgår derefter IBM's mål på 1 million qubits: IBM Research følger en lignende vej som den, man har taget med klassiske computere: læg flere og hurtigere qubits på en chip ved hjælp af siliciumskalering; sammenkoble flere kvantematricer som fliser; og opbygge klynger af kvantecomputere, der arbejder sammen.
Mens målet er at bygge systemer med millioner af rå qubits til fejltolerant kvanteberegning, er der meget arbejde, der kan gøres i mellemtiden for at forbedre ydeevnen af ​​rå qubits for at udføre mere arbejde hurtigere ved at bruge kvantefejlreduktion. For at få bedre kvanteresultater ved at bruge nutidens relativt støjende og kortvarige qubits kræver det nogle løsninger. IBM Research har fundet frem til et par fejlbekæmpelsesteknikker, som har vist sig nyttige.
Det ultimative mål for praktisk kvanteberegning er at give en fordel i forhold til klassisk edb for at løse væsentlige problemer inden for en rimelig tidsramme.

*****

Forskere udvikler ultratynd 'Metasurface'-enhed til kvanteteknologi

Forskere på Sandia Nationale laboratorier og Max Planck Institute for the Science of Light har rapporteret om en enhed, der kunne erstatte et rumfuldt udstyr til at forbinde fotoner i en bizar kvanteeffekt kaldet entanglement. Denne enhed - en slags nano-konstrueret materiale kaldet en metasurface - baner vejen for sammenfiltring af fotoner på komplekse måder, som ikke har været muligt med kompakte teknologier.
Forskning for den banebrydende enhed, som er hundrede gange tyndere end et ark papir, blev delvist udført på Center for Integreret Nanoteknologi, en Department of Energy Office of Science brugerfacilitet, der drives af Sandia og Los Alamos nationale laboratorier. Sandias team modtog finansiering fra Office of Science, Basic Energy Sciences-programmet.
Den nye metaflade fungerer som en døråbning til dette usædvanlige kvantefænomen. På nogle måder er det ligesom spejlet i Lewis Carrols "Through the Looking-Glass", hvorigennem den unge hovedperson Alice oplever en mærkelig, ny verden.
I stedet for at gå gennem deres nye enhed, skinner forskerne en laser igennem den. Lysstrålen passerer gennem en ultratynd glasprøve dækket af strukturer i nanoskala lavet af et almindeligt halvledermateriale kaldet galliumarsenid. "Det forvrider alle de optiske felter," sagde Sandia seniorforsker Igal Brener, en ekspert inden for et område kaldet ikke-lineær optik, som ledede Sandia-teamet. Af og til, sagde han, dukker et par sammenfiltrede fotoner med forskellige bølgelængder ud fra prøven i samme retning som den indkommende laserstråle.
Science-papiret skitserer, hvordan holdet med succes tunede deres metasurface til at producere sammenfiltrede fotoner med varierende bølgelængder, en kritisk forløber for at generere flere par indviklet sammenfiltrede fotoner samtidigt.

*****

Enhedsuafhængig QKD (DIQKD) vil gøre hacking nytteløst

Enhedsuafhængig QKD (forkortet DIQKD) har været teoretisk kendt siden 1990'erne, men den er kun lige blevet eksperimentelt implementeret af et internationalt forskerhold ledet af Ludwig Maximilian University of Munich fysiker Harald Weinfurter og Charles Lim fra National University of Singapore (NUS). Den kryptografiske protokol er upåvirket af enheden. Quantum News Briefs opsummerer og deler den seneste rapport fra SciTechDaily.
Med konventionelle QKD-metoder er sikkerheden kun garanteret, når de anvendte kvanteanordninger er blevet karakteriseret tilstrækkeligt godt. "Og så brugere af sådanne protokoller er nødt til at stole på specifikationerne fra QKD-udbyderne og stole på, at enheden ikke vil skifte til en anden driftstilstand under nøglefordelingen," forklarer Tim van Leent, en af ​​de fire hovedforfattere af papir sammen med Wei Zhang og Kai Redeker. Det har været kendt i mindst et årti, at ældre QKD-enheder nemt kunne blive hacket udefra, fortsætter van Leent.
I DIQKD bruges testen "specifikt til at sikre, at der ikke sker manipulationer ved enhederne - det vil for eksempel sige, at skjulte måleresultater ikke er gemt i enhederne på forhånd," forklarer Weinfurter.
"Med vores metode kan vi nu generere hemmelige nøgler med ukarakteriserede og potentielt upålidelige enheder," forklarer Weinfurter.
Et af de næste mål er at udvide systemet til at inkorporere flere sammenfiltrede atompar. "Dette ville gøre det muligt at generere mange flere sammenfiltringstilstande, hvilket øger datahastigheden og i sidste ende nøglesikkerheden," siger van Leent.

*****

Det geopolitiske hastværk med at udvikle kvanteteknologier set fra Indien

USA, Kina, Rusland og Storbritannien er de globale spillere som har et forspring i kvantedomænet. Landenes hensigt om at udvikle kvantecomputere er blevet uimodståelig overfor gevinst en strategisk leder inden for cybersikkerhed, efterretningsoperationer og økonomisk industri. Ved Shinde er studerende i statskundskab og økonomi ved St Stephens College, Delhi University, Indien, er forfatteren til denne oversigt over global kvanteudvikling i The Geopolitics.
Det har de ovenfor nævnte nationer hengivne eksponentielle monetære ressourcer til kvanteforskning og -udvikling. I øjeblikket huser USA verdens største kvantecomputer, IBMs Eagle. Også IBM søger at dominere kvanterummet med en mega-computerchip, der potentielt kunne behandle over 1.000 qubits. Teknologiske kraftcentre som Google, Microsoft og IBM er alle amerikanske virksomheder, der gør det muligt for USA at bevare et stærkt forspring inden for kvantecomputere.
Kina, USA og Storbritannien har konkurrencedygtige nationale planer for at tiltrække computertalent og ekspertise. For eksempel kinesisk har deres "Thousand Talents Plan", som har slået globale øjne. Beijing sparer penge ud for at lokke videnskabsmænd og forskere. Kina har også investeret i to forskellige arkitektoniske veje for at opnå beregningsmæssige fordele i kvanteoverherredømme. Disse veje er lysbaseret Gaussisk bosonsampling og elektronbaseret tilfældig kvantekredsløbssampling, som også bruges i IBM's Eagle.
Både USA og Kina har yderligere pålagt begrænsninger for indenlandske virksomheder for at begrænse teknologisk udveksling med hinanden. Dette har rejst spørgsmål fra forskellige sider omkring geopolitisk dynamik, der former kvanteteknologiske forsyningskæder. På grund af deres koncentrerede og kapitalintensive karakter er disse forsyningskæder under trussel af geopolitiske rivaliseringer. Dette vil intensiveres, efterhånden som intellektuelle ejendomsrettigheder og globale standarder for kvanteteknologier udvikles.
Frankrig, Tyskland, Australien, Canada, Schweiz, Østrig, Israel, Holland, Indien, Sydkorea, Singapore og Japan er nogle få andre nationer, der også har lavet veldefinerede nationale initiativer inden for kvanteteknologier.
For et land som Indien rummer kvanteteknologier flere muligheder. Eksperter påpege, at kvantekryptering kan sikre kommunikation, kvantesimulering kan hjælpe med at udforske materialer til grønne teknologier, og kvantesansning kan hjælpe med at kortlægge virkningen af ​​klimaændringer. Indien har allerede lanceret en national mission om kvanteteknologier og -applikationer (NMQTA) med et samlet budget udlæg på otte tusinde crore rupees og har demonstreret sin hensigt med at udvikle disse teknologier.

*****

Sandra K. Helsel, ph.d. har forsket og rapporteret om grænseteknologier siden 1990. Hun har sin ph.d. fra University of Arizona.