By Σάντρα Χέλσελ δημοσιεύτηκε 13 Σεπτεμβρίου 2022
Quantum News Briefs Σήμερα ανοίγει με το "Insights from a Visit to Quantum Research Labs της IBM", που ακολουθείται από έρευνα QKD (DIQKD) ανεξάρτητη από συσκευές που θα καταστήσει το hacking μάταιο. και τρίτον, μια αναφορά για Ερευνητές που αναπτύσσουν εξαιρετικά λεπτή συσκευή «Metasurface» για κβαντική τεχνολογία και ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ.
Insights από μια επίσκεψη στα Quantum Research Labs της IBM
Ο Kevin Krewell, συνεργάτης του Forbes, επισκέφθηκε πρόσφατα τα Quantum Research Labs της IBM στο Yorktown Heights της Νέας Υόρκης και μίλησε με τον Jay Gambetta, συνεργάτη της IBM και Αντιπρόεδρο του Quantum Computing, της IBM Research και την ομάδα του που εργάζεται για την προώθηση του κβαντικού υπολογισμού. Το Quantum News Briefs συνοψίζει βασικά σημεία παρακάτω. Διαβάστε ολόκληρη τη συνέντευξη και την ανάλυση εδώ.
Το Krewall ανοίγει με αυτή την εξήγηση, "Ο στόχος για τους ερευνητές της IBM είναι να κάνουν τους κβαντικούς υπολογιστές όσο το δυνατόν πιο πανταχού παρόντες για την επίλυση μοναδικών προβλημάτων. Για να γίνουν πιο προσιτά τα κβαντικά συστήματα, πρέπει να γίνουν «εγγενή στο σύννεφο» ή «χωρίς διακομιστή», δεδομένου ότι γίνονται ένας πόρος cloud που χρεώνεται με βάση τη χρήση. Σε αυτήν την εποχή των αποσπασμένων κέντρων δεδομένων, το κβαντικό μπορεί να είναι ένα από τα εξειδικευμένα υπολογιστικά στοιχεία που είναι διαθέσιμα στους κλασικούς υπολογιστές, όπως είναι οι GPU σήμερα».
Στη συνέχεια, η Krewall εξετάζει τον στόχο της IBM για 1 εκατομμύριο qubits: Η IBM Research ακολουθεί μια παρόμοια πορεία με αυτή των κλασικών υπολογιστών: τοποθετήστε περισσότερα και ταχύτερα qubits σε ένα τσιπ χρησιμοποιώντας κλιμάκωση πυριτίου. Διασυνδέστε πολλαπλές κβαντικές μήτρες ως πλακίδια. και να δημιουργήσουν συμπλέγματα κβαντικών υπολογιστών που συνεργάζονται.
Ενώ ο στόχος είναι να δημιουργηθούν συστήματα με εκατομμύρια ακατέργαστα qubits για κβαντικούς υπολογισμούς με ανεκτικότητα σε σφάλματα, υπάρχει πολλή δουλειά που μπορεί να γίνει στο ενδιάμεσο για να βελτιωθεί η απόδοση των ακατέργαστων qubits για να γίνει περισσότερη δουλειά νωρίτερα χρησιμοποιώντας τον μετριασμό κβαντικών σφαλμάτων. Για να έχετε καλύτερα κβαντικά αποτελέσματα χρησιμοποιώντας τα σημερινά σχετικά θορυβώδη και βραχύβια qubits απαιτούνται κάποιες λύσεις. Η IBM Research έχει καταλήξει σε μερικές τεχνικές μετριασμού σφαλμάτων που αποδεικνύονται χρήσιμες.
Ο απώτερος στόχος για πρακτικούς κβαντικούς υπολογιστές είναι να προσφέρει ένα πλεονέκτημα έναντι του κλασικού υπολογισμού για την επίλυση σημαντικών προβλημάτων σε εύλογο χρονικό διάστημα.
*****
Ερευνητές ανέπτυξαν εξαιρετικά λεπτή συσκευή «Metasurface» για κβαντική τεχνολογία
Επιστήμονες στο Σάντια Εθνικά Εργαστήρια και τα Ινστιτούτο Max Planck για την Επιστήμη του Φωτός έχουν αναφέρει για μια συσκευή που θα μπορούσε να αντικαταστήσει ένα δωμάτιο γεμάτο εξοπλισμό για τη σύνδεση φωτονίων σε ένα παράξενο κβαντικό φαινόμενο που ονομάζεται εμπλοκή. Αυτή η συσκευή - ένα είδος υλικού νανο-μηχανικής που ονομάζεται metasurface - ανοίγει το δρόμο για την εμπλοκή φωτονίων με πολύπλοκους τρόπους που δεν ήταν δυνατός με τις συμπαγείς τεχνολογίες.
Η έρευνα για την πρωτοποριακή συσκευή, η οποία είναι εκατό φορές πιο λεπτή από ένα φύλλο χαρτιού, πραγματοποιήθηκε, εν μέρει, στο Κέντρο Ολοκληρωμένων Νανοτεχνολογιών, μια εγκατάσταση χρηστών του Γραφείου Επιστημών του Τμήματος Ενέργειας που λειτουργεί από τα εθνικά εργαστήρια Sandia και Los Alamos. Η ομάδα της Sandia έλαβε χρηματοδότηση από το πρόγραμμα Office of Science, Basic Energy Sciences.
Η νέα μετα-επιφάνεια λειτουργεί ως η πόρτα σε αυτό το ασυνήθιστο κβαντικό φαινόμενο. Κατά κάποιο τρόπο, είναι σαν τον καθρέφτη στο «Through the Looking-Glass» του Lewis Carrol, μέσα από τον οποίο η νεαρή πρωταγωνίστρια Alice βιώνει έναν παράξενο, νέο κόσμο.
Αντί να περπατούν μέσα από τη νέα τους συσκευή, οι επιστήμονες ρίχνουν ένα λέιζερ μέσα από αυτήν. Η δέσμη φωτός περνά μέσα από ένα εξαιρετικά λεπτό δείγμα γυαλιού που καλύπτεται από δομές νανοκλίμακας κατασκευασμένες από ένα κοινό υλικό ημιαγωγού που ονομάζεται αρσενίδιο του γαλλίου. «Ανακατεύει όλα τα οπτικά πεδία», δήλωσε ο Igal Brener, ανώτερος επιστήμονας της Sandia, ειδικός σε έναν τομέα που ονομάζεται μη γραμμική οπτική, ο οποίος ηγήθηκε της ομάδας Sandia. Περιστασιακά, είπε, ένα ζεύγος μπερδεμένων φωτονίων σε διαφορετικά μήκη κύματος αναδύονται από το δείγμα προς την ίδια κατεύθυνση με την εισερχόμενη δέσμη λέιζερ.
Το έγγραφο Science περιγράφει πώς η ομάδα συντόνισε με επιτυχία τη μεταεπιφάνειά της για να παράγει μπλεγμένα φωτόνια με ποικίλα μήκη κύματος, έναν κρίσιμο πρόδρομο για τη δημιουργία πολλών ζευγών περίπλοκα μπερδεμένων φωτονίων ταυτόχρονα.
*****
Το ανεξάρτητο από συσκευή QKD (DIQKD) θα κάνει το hacking μάταιο
Το QKD ανεξάρτητα από συσκευές (συντομογραφία DIQKD) είναι θεωρητικά γνωστό από τη δεκαετία του 1990, αλλά μόλις μόλις εφαρμόστηκε πειραματικά από μια διεθνή ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Ludwig Maximilian Πανεπιστήμιο του Μονάχου ο φυσικός Harald Weinfurter και ο Charles Lim από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης (NUS). Το κρυπτογραφικό πρωτόκολλο δεν επηρεάζεται από τη συσκευή. Το Quantum News Briefs συνοψίζει και μοιράζεται την πρόσφατη αναφορά από το SciTechDaily.
Με τις συμβατικές μεθόδους QKD, η ασφάλεια είναι εγγυημένη μόνο όταν οι κβαντικές συσκευές που χρησιμοποιούνται έχουν χαρακτηριστεί επαρκώς καλά. «Και έτσι, οι χρήστες τέτοιων πρωτοκόλλων πρέπει να βασίζονται στις προδιαγραφές που παρέχονται από τους παρόχους QKD και να εμπιστεύονται ότι η συσκευή δεν θα μεταβεί σε άλλο τρόπο λειτουργίας κατά τη διανομή κλειδιού», εξηγεί ο Tim van Leent, ένας από τους τέσσερις κύριους συγγραφείς του χαρτί μαζί με τον Wei Zhang και τον Kai Redeker. Είναι γνωστό εδώ και τουλάχιστον μια δεκαετία ότι οι παλαιότερες συσκευές QKD θα μπορούσαν εύκολα να παραβιαστούν από έξω, συνεχίζει ο van Leent.
Στο DIQKD, η δοκιμή χρησιμοποιείται «ειδικά για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχουν χειρισμοί στις συσκευές – δηλαδή, για παράδειγμα, ότι τα κρυφά αποτελέσματα μετρήσεων δεν έχουν αποθηκευτεί στις συσκευές εκ των προτέρων», εξηγεί ο Weinfurter.
«Με τη μέθοδό μας, μπορούμε τώρα να δημιουργήσουμε μυστικά κλειδιά με αχαρακτήριστες και δυνητικά αναξιόπιστες συσκευές», εξηγεί ο Weinfurter.
Ένας από τους επόμενους στόχους είναι να επεκταθεί το σύστημα ώστε να ενσωματώσει πολλά μπερδεμένα ζεύγη ατόμων. «Αυτό θα επέτρεπε τη δημιουργία πολλών περισσότερων καταστάσεων εμπλοκής, γεγονός που αυξάνει τον ρυθμό δεδομένων και τελικά την ασφάλεια του κλειδιού», λέει ο van Leent.
*****
Η γεωπολιτική βιασύνη για την ανάπτυξη κβαντικών τεχνολογιών όπως φαίνεται από την Ινδία
Οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Κίνα, η Ρωσία και το Ηνωμένο Βασίλειο είναι το παγκόσμιο παίκτες που έχουν ένα προβάδισμα στον κβαντικό τομέα. Η πρόθεση των χωρών να αναπτύξουν κβαντικούς υπολογιστές έχει γίνει ακαταμάχητη κέρδος στρατηγικό προβάδισμα στην κυβερνοασφάλεια, τις επιχειρήσεις πληροφοριών και την οικονομική βιομηχανία. Ο Ved Shinde είναι φοιτητής Πολιτικής Επιστήμης και Οικονομίας στο St Stephens College του Πανεπιστημίου του Δελχί, στην Ινδία είναι ο συγγραφέας αυτής της επισκόπησης της παγκόσμιας κβαντικής ανάπτυξης στο The Geopolitics.
Τα έθνη που αναφέρονται παραπάνω έχουν αφιερωμένος εκθετικούς νομισματικούς πόρους προς την κβαντική έρευνα και ανάπτυξη. Επί του παρόντος, οι Ηνωμένες Πολιτείες στεγάζουν τον μεγαλύτερο κβαντικό υπολογιστή στον κόσμο, τον Eagle της IBM. IBM επίσης επιδιώκει να κυριαρχήσει στον κβαντικό χώρο με ένα τσιπ μεγα-υπολογιστή που θα μπορούσε ενδεχομένως να επεξεργαστεί πάνω από 1.000 qubits. Τεχνολογικές εταιρίες όπως η Google, η Microsoft και η IBM είναι όλες αμερικανικές εταιρείες που επιτρέπουν στις Ηνωμένες Πολιτείες να διατηρήσουν ισχυρό προβάδισμα στον κβαντικό υπολογισμό.
Η Κίνα, οι Ηνωμένες Πολιτείες και το Ηνωμένο Βασίλειο έχουν ανταγωνιστικά εθνικά σχέδια για την προσέλκυση ταλέντων και τεχνογνωσίας στους υπολογιστές. Για παράδειγμα, το κινέζικο έχουν το «Σχέδιο Χιλιάδων Ταλέντου» τους που έχει συγκλονίσει τα παγκόσμια μάτια. Το Πεκίνο σπαταλά χρήματα για να δελεάσει επιστήμονες και ερευνητές. Η Κίνα έχει επίσης επενδύσει σε δύο διαφορετικά αρχιτεκτονικά μονοπάτια για την απόκτηση υπολογιστικών πλεονεκτημάτων σε κβαντική υπεροχή. Αυτά τα μονοπάτια είναι η δειγματοληψία μποζονίων Gauss με βάση το φως και η δειγματοληψία τυχαίου κβαντικού κυκλώματος βάσει ηλεκτρονίων, η οποία χρησιμοποιείται επίσης στο Eagle της IBM.
Τόσο οι Ηνωμένες Πολιτείες όσο και η Κίνα έχουν επιβάλει περαιτέρω περιορισμούς στις εγχώριες εταιρείες για να περιορίσουν την τεχνολογική ανταλλαγή μεταξύ τους. Αυτό έχει εγείρει ερωτήματα από διαφορετικές πλευρές σχετικά με τη γεωπολιτική δυναμική που διαμορφώνει τις αλυσίδες εφοδιασμού κβαντικής τεχνολογίας. Λόγω της συγκεντρωτικής και έντασης κεφαλαίου χαρακτήρα τους, αυτές οι αλυσίδες εφοδιασμού βρίσκονται κάτω από το απειλή των γεωπολιτικών αντιπαλοτήτων. Αυτό θα ενταθεί καθώς αναπτύσσονται καθεστώτα πνευματικής ιδιοκτησίας και παγκόσμια πρότυπα για τις κβαντικές τεχνολογίες.
Γαλλία, Γερμανία, Αυστραλία, Καναδάς, Ελβετία, Αυστρία, Ισραήλ, Κάτω Χώρες, Ινδία, Νότια Κορέα, Σιγκαπούρη και Ιαπωνία είναι μερικές άλλα έθνη που έχουν επίσης φιλοτεχνήσει σαφώς καθορισμένες εθνικές πρωτοβουλίες στις κβαντικές τεχνολογίες.
Για μια χώρα όπως η Ινδία, οι κβαντικές τεχνολογίες έχουν πολλαπλές δυνατότητες. Γνωρίστε τους experts επισημάνετε ότι η κβαντική κρυπτογράφηση μπορεί να ασφαλίσει τις επικοινωνίες, η κβαντική προσομοίωση μπορεί να βοηθήσει στην εξερεύνηση υλικών για πράσινες τεχνολογίες και η κβαντική ανίχνευση μπορεί να βοηθήσει στη χαρτογράφηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής. Η Ινδία έχει ήδη ξεκινήσει μια Εθνική Αποστολή για Κβαντικές Τεχνολογίες και Εφαρμογές (NMQTA) με συνολικό προϋπολογισμό έξοδο οκτώ χιλιάδες ρουπίες και έχει αποδείξει την πρόθεσή της να αναπτύξει αυτές τις τεχνολογίες.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. ασχολείται με την έρευνα και την αναφορά σε τεχνολογίες αιχμής από το 1990. Έχει το διδακτορικό της. από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.
