By Sandra Helsel gepostet am 09. September 2022
Quantum News Briefs 9. September Beginnen Sie mit der Erklärung, wie aus zerkleinerten Plastikflaschen Nanodiamanten für Quantensensoren entstehen könnten, gefolgt von einer neuen geräteunabhängigen Quantenkryptographiemethode, die eine sicherere Verschlüsselung ermöglichen könnte. Das Commonwealth of Massachusetts vergibt 3.5 Millionen US-Dollar an Forschungs- und Entwicklungszuschüssen für die neue Quantenanlage der Northeastern University, die dritte und MEHR
Aus zerkleinerten Plastikflaschen könnten Nanodiamanten für Quantensensoren entstehen
Ein Forschungsteam hat Laserblitze verwendet, um das Innere von Eisplaneten zu simulieren und damit ein neues Verfahren zur Herstellung der Art von winzigen Diamanten voranzutreiben, die für Quantensensoren unerlässlich sind. Über die Forschung und ihre Auswirkungen wurde in berichtet Ingenieurwesen und Technologie (E&T) und hier zusammengefasst.
Das internationale Team unter der Leitung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), der Universität Rostock und der französischen École Polytechnique führte ein neuartiges Experiment durch, um herauszufinden, was im Inneren von Eisplaneten wie Neptun und Uranus vor sich geht.
Die Forscher feuerten einen Laser auf eine dünne Folie aus einfachem PET-Kunststoff und untersuchten mithilfe intensiver Laserblitze, was passierte. Ein Ergebnis war, dass die Forscher bestätigen konnten, dass es in den Eisriesen an der Peripherie unseres Sonnensystems tatsächlich „Diamanten regnen“ lässt.
Diese Methode könnte einen neuen Weg zur Herstellung von Nanodiamanten etablieren, die beispielsweise für hochempfindliche Quantensensoren benötigt werden. Die Gruppe hat ihre Ergebnisse in der Zeitschrift vorgestellt Wissenschaft Fortschritte.
Die Bedingungen im Inneren eisiger Riesenplaneten wie Neptun und Uranus sind extrem: Die Temperaturen erreichen mehrere tausend Grad Celsius und der Druck ist millionenfach höher als in der Erdatmosphäre. Dennoch lassen sich solche Zustände im Labor kurzzeitig simulieren: Starke Laserblitze treffen auf eine filmartige Materialprobe, erhitzen diese für einen Wimpernschlag auf bis zu 6,000 °C und erzeugen eine Stoßwelle, die das Material für einige Nanosekunden komprimiert bis zum Millionenfachen des atmosphärischen Drucks.
Eisriesen enthalten nicht nur Kohlenstoff und Wasserstoff, sondern auch große Mengen Sauerstoff. Auf der Suche nach einem geeigneten Folienmaterial stieß die Gruppe auf einen alltäglichen Stoff: PET, das Harz, aus dem gewöhnliche Plastikflaschen hergestellt werden. „PET hat ein gutes Gleichgewicht zwischen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, um die Aktivität auf Eisplaneten zu simulieren“, sagte Kraus.
Das Experiment eröffnet auch Perspektiven für eine technische Anwendung: die maßgeschneiderte Herstellung nanometergroßer Diamanten, die bereits in Schleif- und Poliermitteln enthalten sind. Es wird vorhergesagt, dass sie in Zukunft als hochempfindliche Quantensensoren eingesetzt werden.
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Eine neue geräteunabhängige Quantenkryptographiemethode könnte eine sicherere Verschlüsselung ermöglichen
Forscher der National University of Singapore (NUS) haben ein neues Protokoll für geräteunabhängige QKD oder DIQKD entwickelt. Quantum News Briefs fasst die zusammen NewsDeal Berichterstattung unten.
Beim geräteunabhängigen QKD bzw. DIQKD ist das kryptografische Protokoll nicht vom verwendeten Gerät abhängig. Für den Austausch von Quanten- Bei mechanischen Schlüsseln werden entweder Lichtsignale vom Sender an den Empfänger gesendet oder es kommen verschränkte Quantensysteme zum Einsatz. Dabei werden nicht nur eine, sondern zwei Messeinstellungen zur Schlüsselgenerierung verwendet. „Durch die Einführung der zusätzlichen Einstellung für die Schlüsselgenerierung wird es schwieriger, Informationen abzufangen, und daher kann das Protokoll mehr Rauschen tolerieren und geheime Schlüssel selbst für verschränkte Zustände geringerer Qualität generieren.“ sagte Charles Lim von NUS. Lim ist auch einer der Autoren der Studie.
Bei herkömmlichen QKD-Methoden kann die Sicherheit gewährleistet werden, wenn die verwendeten Quantengeräte gut charakterisiert sind. „Nutzer solcher Protokolle müssen sich daher auf die Vorgaben der QKD-Anbieter verlassen und darauf vertrauen, dass das Gerät bei der Schlüsselverteilung nicht in einen anderen Betriebsmodus wechselt“, erklärt Tim van Leent, einer der Hauptautoren.
Die Forscher hoffen, dass ihre Methode nun dazu beitragen kann, geheime Schlüssel mit nicht charakterisierten und nicht vertrauenswürdigen Geräten zu generieren. Ihr Ziel ist es nun, das System zu erweitern und mehrere verschränkte Atompaare einzubeziehen.
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Das Commonwealth of Massachusetts vergibt einen Forschungs- und Entwicklungszuschuss in Höhe von 3.5 Millionen US-Dollar für die neue Quantenanlage der Northeastern University
Die Baker-Polito-Administration in Massachusetts hat einen neuen Zuschuss in Höhe von 3.5 Millionen US-Dollar für die Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL) angekündigt, ein fast 10 Millionen US-Dollar teures Projekt zur Förderung der aufstrebenden Quantensensorik und verwandter Technologiesektoren im Bundesstaat. Quantum News Briefs teilt die wichtigsten Punkte der folgenden Ankündigung mit.
Das von Northeastern geleitete Projekt wird neue Partnerschaften aufbauen und mehrere laufende Partnerschaften mit akademischen Institutionen und Industriepartnern nutzen. Ziel ist es, Quantentechnologien der nächsten Generation zu entwickeln, die Ausbildung von Studenten und Arbeitnehmern in Quanteninformatik und -technik zu fördern und engere Partnerschaften zwischen Industrie und Regierung im Bereich Quantensensorik und verwandte Technologien aufzubauen.
Der neue Preis aus dem Collaborative Research and Development Matching Grant-Programm des Commonwealth, das vom Innovation Institute der Massachusetts Technology Collaborative (MassTech) verwaltet wird, wird die Quanteninformationswissenschaften vorantreiben, einen vorrangigen Schwerpunktbereich des Forschungs- und Entwicklungsfonds. Die gezielte Investition hat großes Potenzial für kurzfristige wirtschaftliche Auswirkungen, einschließlich der Schaffung neuer Arbeitsplätze und des Umsatzwachstums bei Industriepartnern, von denen mehrere bei der Ankündigung am Mittwoch anwesend waren.
Der Zuschuss wird die Entwicklung neuer ultraempfindlicher Quantensensoren bei Raumtemperatur unterstützen, Einrichtungen, die eine wichtige und einzigartige Fähigkeit im Staat bereitstellen werden. Durch die Konzentration auf Sensoren, die technisch weniger anspruchsvoll sind als die Entwicklung ganzer Quantencomputer, betreibt Northeastern Forschungen, die brauchbare Wege zur Kommerzialisierung innerhalb der nächsten zwei bis fünf Jahre bieten.
Das Projekt wird einen starken Fokus auf die Ausbildung von Arbeitskräften legen und so auf den wachsenden Bedarf an Arbeitskräften reagieren, die über Kenntnisse in den Quanteninformationswissenschaften verfügen. Die vollständige Pressemitteilung finden Sie hier.
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Neue stabile Quantenbatterien können Energie in elektromagnetischen Feldern zuverlässig speichern
Quantentechnologien benötigen Energie, um zu funktionieren. Diese einfache Überlegung hat Forscher in den letzten zehn Jahren dazu veranlasst, die Idee von Quantenbatterien zu entwickeln, bei denen es sich um quantenmechanische Systeme handelt, die als Energiespeicher dienen. In jüngster Vergangenheit haben Forscher am Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) innerhalb der Institut für Grundlagenwissenschaft (IBS) konnte Südkorea die mögliche Ladeleistung einer Quantenbatterie stark einschränken. Speziell, Sie zeigten dass eine Sammlung von Quantenbatterien zu einer enormen Verbesserung der Ladegeschwindigkeit im Vergleich zu einem klassischen Ladeprotokoll führen kann. Dies ist auf Quanteneffekte zurückzuführen, die es ermöglichen, die Zellen in Quantenbatterien gleichzeitig aufzuladen.
Trotz dieser theoretischen Erfolge sind die experimentellen Erkenntnisse zu Quantenbatterien immer noch rar. Die einzige aktuelles bemerkenswertes Gegenbeispiel nutzte eine Sammlung von Zwei-Ebenen-Systemen (sehr ähnlich den gerade vorgestellten Qubits) zur Energiespeicherung, wobei die Energie durch ein elektromagnetisches Feld (einen Laser) bereitgestellt wurde.
Angesichts der aktuellen Situation ist es offensichtlich von größter Bedeutung, neue und besser zugängliche Quantenplattformen zu finden, die als Quantenbatterien verwendet werden können. Mit dieser Motivation im Hinterkopf haben Forscher desselben IBS PCS-Teams in Zusammenarbeit mit Giuliano Benenti (Universität Insubria, Italien) kürzlich beschlossen, ein quantenmechanisches System erneut zu untersuchen, das in der Vergangenheit intensiv untersucht wurde: den Mikromaser. Micromaser ist ein System, bei dem ein Atomstrahl verwendet wird Photonen in einen Hohlraum pumpen. Vereinfacht ausgedrückt kann man sich einen Mikromaser als eine Konfiguration vorstellen, die dem oben erwähnten experimentellen Modell einer Quantenbatterie entspricht: Die Energie wird im elektromagnetischen Feld gespeichert, das durch einen Strom von Qubits, die nacheinander mit ihm interagieren, aufgeladen wird.
Die IBS PCS-Forscher und ihr Mitarbeiter zeigten, dass Mikromaser über Eigenschaften verfügen, die es ihnen ermöglichen, als hervorragende Modelle für Quantenbatterien zu dienen. Eine der Hauptsorgen beim Versuch, ein elektromagnetisches Feld zur Speicherung von Energie zu nutzen, besteht darin, dass das elektromagnetische Feld prinzipiell eine enorme Energiemenge absorbieren könnte, möglicherweise viel mehr als nötig.
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Sandra K. Helsel, Ph.D. forscht und berichtet seit 1990 über Grenztechnologien. Sie hat ihren Ph.D. von der Universität von Arizona.
