By Sandra Helsel offentliggjort 09. september 2022
Quantum News Briefs 9. september begynd med en forklaring på, hvordan knuste plastikflasker kunne skabe nanodiamanter til kvantesensorer efterfulgt af en ny enhedsuafhængig kvantekrypteringsmetode kunne give mere sikker kryptering. Commonwealth of Massachusetts tildeler $3.5M R&D-bevilling til ny Northeastern University kvantefacilitet er tredje og MERE
Knust plastikflasker kunne skabe nanodiamanter til kvantesensorer
Et forskerhold har brugt laserblink til at simulere det indre af isplaneter, hvilket ansporer en ny proces til fremstilling af den type miniscule diamanter, der er afgørende for kvantesensorer. Forskningen og dens implikationer blev rapporteret i Engineering & Tehnology (E&T) og opsummeret her.
Det internationale hold, ledet af Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), University of Rostock og Frankrigs École Polytechnique, gennemførte et nyt eksperiment for at bestemme, hvad der foregår inde i isplaneter som Neptun og Uranus.
Forskerne affyrede en laser mod en tynd film af simpel PET-plast og undersøgte, hvad der skete ved hjælp af intensive laserglimt. Et resultat var, at forskerne var i stand til at bekræfte, at det virkelig 'regner diamanter' inde i isgiganterne i periferien af vores solsystem.
Denne metode kunne etablere en ny måde at producere nanodiamanter på, som for eksempel er nødvendige for højfølsomme kvantesensorer. Gruppen har præsenteret sine resultater i tidsskriftet Science Forskud.
Forholdene i det indre af iskolde kæmpeplaneter som Neptun og Uranus er ekstreme: Temperaturerne når flere tusinde grader celsius, og trykket er millioner af gange større end i jordens atmosfære. Ikke desto mindre kan tilstande som denne simuleres kort i laboratoriet: Kraftige laserglimt rammer en filmlignende materialeprøve, opvarmer den til 6,000°C for et øjebliks blink og genererer en chokbølge, der komprimerer materialet i nogle få nanosekunder til en million gange det atmosfæriske tryk.
isgiganter indeholder ikke kun kulstof og brint, men også enorme mængder ilt. Når gruppen ledte efter passende filmmateriale, ramte gruppen et hverdagsstof: PET, den harpiks, som almindelige plastikflasker er lavet af. "PET har en god balance mellem kulstof, brint og ilt for at simulere aktiviteten i isplaneter," sagde Kraus.
Eksperimentet åbner også perspektiver for en teknisk anvendelse: skræddersyet produktion af diamanter i nanometerstørrelse, som allerede indgår i slibe- og polermidler. I fremtiden er det forudsagt, at de vil blive brugt som meget følsomme kvantesensorer.
*****
Ny enhedsuafhængig kvantekrypteringsmetode kunne give mere sikker kryptering
Forskere ved National University of Singapore (NUS) har udviklet en ny protokol til enhedsuafhængig QKD eller DIQKD. Quantum News Briefs opsummerer NewsDeal dækning nedenfor.
I tilfælde af enhedsuafhængig QKD eller DIQKD er den kryptografiske protokol ikke afhængig af den anvendte enhed. Til udveksling af kvante mekaniske nøgler, enten sendes lyssignaler til modtageren af senderen, eller der bruges sammenfiltrede kvantesystemer. Der bruges to måleindstillinger til nøglegenerering frem for kun én. "Ved at introducere den ekstra indstilling for nøglegenerering bliver det sværere at opsnappe information, og derfor kan protokollen tolerere mere støj og generere hemmelige nøgler selv for sammenfiltrede tilstande af lavere kvalitet." sagde Charles Lim fra NUS. Lim er også en af forfatterne til undersøgelsen.
I konventionelle QKD-metoder kan sikkerhed garanteres, når de anvendte kvanteanordninger er blevet karakteriseret 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," forklarede Tim van Leent, en af hovedforfatterne.
Forskere håber, at deres metode nu vil hjælpe med at generere hemmelige nøgler med ukarakteriserede og utroværdige enheder. De sigter nu på at udvide systemet og inkorporere flere sammenfiltrede atompar.
*****
Commonwealth of Massachusetts tildeler 3.5 mio. USD R&D-bevilling til ny Northeastern University kvantefacilitet
Baker-Polito-administrationen i Massachusetts har annonceret en ny bevilling på 3.5 millioner dollars til Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL), et næsten 10 millioner dollars projekt for at fremme de nye kvantesansnings- og relaterede teknologisektorer i staten. Quantum News Briefs deler nøglepunkterne i meddelelsen nedenfor.
Det Northeastern-ledede projekt vil etablere nye partnerskaber og udnytte flere igangværende med akademiske institutioner og industripartnere. Målet er at udvikle næste generations kvanteteknologier, booste uddannelse i kvanteinformationsvidenskab og -teknik for studerende og arbejdere og etablere større partnerskaber mellem industri og regering omkring kvantesansning og relaterede teknologier.
Den nye pris, fra Commonwealth's Collaborative Research and Development Matching Grant-program forvaltet af Innovation Institute ved Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), vil fremme kvanteinformationsvidenskab, et prioriteret fokusområde for F&U-fonden. Den målrettede investering har et stærkt potentiale for kortsigtede økonomiske konsekvenser, herunder skabelse af nye job og vækst i omsætningen hos industripartnere, hvoraf flere deltog i onsdagens annoncering.
Tilskuddet vil støtte udviklingen af nye ultrafølsomme, rumtemperatur kvantesensorer, faciliteter, som vil give en vital og unik kapacitet i staten. Ved at fokusere på sensorer, som er mindre teknisk krævende end at udvikle hele kvantecomputere, er Northeastern i gang med forskning, der giver levedygtige veje til kommercialisering inden for de næste to til fem år.
Projektet vil omfatte et stærkt fokus på træning af arbejdsstyrken, der imødekommer det voksende behov for arbejdstagere, der er læsekyndige inden for kvanteinformationsvidenskab. Se den fulde nyhedsmeddelelse her.
*****
Nye stabile kvantebatterier kan pålideligt lagre energi i elektromagnetiske felter
Kvanteteknologier har brug for energi for at fungere. Denne enkle betragtning har fået forskere til i de sidste ti år at udvikle ideen om kvantebatterier, som er kvantemekaniske systemer, der bruges som energilagringsenheder. I den helt nye fortid har forskere ved Center for Teoretisk Fysik af Komplekse Systemer (PCS) inden for Institut for Grundvidenskab (IBS), har Sydkorea været i stand til at sætte snævre begrænsninger på den mulige opladningsydelse af et kvantebatteri. Specifikt, de viste at en samling kvantebatterier kan føre til en enorm forbedring af ladehastigheden i forhold til en klassisk ladeprotokol. Dette er takket være kvanteeffekter, som gør det muligt at oplade cellerne i kvantebatterier samtidigt.
På trods af disse teoretiske resultater er de eksperimentelle erkendelser af kvantebatterier stadig knappe. Den eneste nyligt bemærkelsesværdigt modeksempel brugt en samling af to-niveau systemer (meget lig de lige introducerede qubits) til energilagringsformål, hvor energien leveres af et elektromagnetisk felt (en laser).
I lyset af den nuværende situation er det klart af yderste vigtighed at finde nye og mere tilgængelige kvanteplatforme, som kan bruges som kvantebatterier. Med denne motivation i tankerne besluttede forskere fra det samme IBS PCS-hold, der arbejder i samarbejde med Giuliano Benenti (University of Insubria, Italien), for nylig at gense et kvantemekanisk system, som er blevet grundigt undersøgt i fortiden: mikromaseren. Micromaser er et system, hvor en stråle af atomer er vant til pumpe fotoner ind i et hulrum. Sagt på en enkel måde kan en mikromaser opfattes som en konfiguration spekulær til den eksperimentelle model af kvantebatterier nævnt ovenfor: energien lagres i det elektromagnetiske felt, som oplades af en strøm af qubits, der sekventielt interagerer med det.
IBS PCS-forskerne og deres samarbejdspartner viste, at mikromasere har funktioner, der gør det muligt for dem at tjene som fremragende modeller af kvantebatterier. En af de største bekymringer, når man forsøger at bruge et elektromagnetisk felt til at lagre energi, er, at det elektromagnetiske felt i princippet kunne absorbere en enorm mængde energi, potentielt meget mere end nødvendigt.
*****
Sandra K. Helsel, ph.d. har forsket og rapporteret om grænseteknologier siden 1990. Hun har sin ph.d. fra University of Arizona.
