Quantum News Briefs 13. september: IBMi Quantum Research Labsi külastusest saadud ülevaated, seadmest sõltumatu QKD (DIQKD), muudab häkkimise mõttetuks; Teadlased töötavad välja üliõhukese 'Metasurface'i seadme kvanttehnoloogia ja MORE jaoks

Quantum News Briefs tänane avab „Insights from a Visit to IBM Quantum Research Labs”, millele järgneb seadmest sõltumatu QKD (DIQKD) uuring, mis muudab häkkimise mõttetuks; ja kolmandaks aruanne teadlaste kohta, kes töötavad välja üliõhukeset „Metasurface” seadet kvanttehnoloogia ja MORE jaoks.

Ülevaated IBMi Quantum Research Labsi külastusest

Forbesi kaastööline Kevin Krewell külastas hiljuti New Yorgi osariigis Yorktown Heightsis asuvat IBMi Quantum Research Labsi ja vestles Jay Gambettaga, IBMi stipendiaadiga ja IBM Researchi kvantandmetöötluse asepresidendiga ning tema meeskonnaga, kes töötab kvantarvutuse edendamise nimel. Quantum News Briefs võtab allpool kokku peamised punktid. Loe täielikku intervjuud ja analüüsi siit.
Krewall alustab selle selgitusega: "IBMi teadlaste eesmärk on muuta kvantarvutus ainulaadsete probleemide lahendamiseks võimalikult üldlevinud. Kvantsüsteemide ligipääsetavamaks muutmiseks peavad need muutuma „pilvepõhiseks” või „serverivabaks”, kuna neist saab pilveressurss, mida tasutakse kasutuse alusel. Sellel liigendatud andmekeskuste ajastul võib kvant olla üks klassikalistele arvutitele saadaolevatest spetsialiseeritud arvutuselementidest, sarnaselt tänapäeval GPU-dele.
Seejärel vaatab Krewall üle IBM-i eesmärgi 1 miljon kubitit: IBM Research järgib sarnast teed nagu klassikaliste arvutite puhul: asetage kiibile rohkem ja kiiremaid kubite, kasutades räni skaleerimist; ühendada mitu kvantstantsi plaatidena; ja luua koos töötavaid kvantarvutite klastreid.
Kuigi eesmärk on ehitada tõrketaluva kvantarvutuse jaoks miljoneid töötlemata kubiteid sisaldavaid süsteeme, saab vahepeal teha palju tööd, et parandada toorkubittide jõudlust, et kvantvigade leevendamise abil kiiremini tööd teha. Paremate kvanttulemuste saavutamiseks, kasutades tänapäevaseid suhteliselt mürarikkaid ja lühiajalisi kubiteid, on vaja mõningaid lahendusi. IBM Research on välja pakkunud paar vigade leevendamise tehnikat, mis on osutunud kasulikuks.
Praktilise kvantarvutuse lõppeesmärk on anda eelis klassikalise andmetöötluse ees oluliste probleemide lahendamiseks mõistliku aja jooksul.

*****

Teadlased töötavad välja üliõhukese "Metasurface" seadme kvanttehnoloogia jaoks

Teadlased at Sandia Riiklikud laborid ja Max Plancki valgusteaduse instituut on teatanud seadmest, mis võiks asendada ruumitäie seadmeid, et ühendada footonid veidra kvantefekti, mida nimetatakse takerdumiseks. See seade – omamoodi nanotehnoloogiaga materjal, mida nimetatakse metapinnaks – sillutab teed footonite sidumiseks keerukatel viisidel, mis pole kompaktsete tehnoloogiatega võimalikud olnud.
Uuring murrangulise seadme jaoks, mis on sada korda õhem kui paberileht, viidi osaliselt läbi Integreeritud nanotehnoloogia keskus, energeetikaosakonna teadusbüroo kasutajaseade, mida haldavad Sandia ja Los Alamose riiklikud laborid. Sandia meeskond sai raha energiaalaste põhiteaduste programmist.
Uus metapind toimib selle ebatavalise kvantnähtuse ukseavana. Mõnes mõttes on see nagu peegel Lewis Carroli filmis “Through the Looking-Glass”, mille kaudu noor peategelane Alice kogeb kummalist uut maailma.
Selle asemel, et oma uuest seadmest läbi kõndida, valgustavad teadlased sellest laserit. Valguskiir läbib üliõhukeset klaasist proovi, mis on kaetud nanomõõtmeliste struktuuridega, mis on valmistatud tavalisest pooljuhtmaterjalist, mida nimetatakse galliumarseniidiks. "See segab kõik optilised väljad," ütles Sandia vanemteadur Igal Brener, mittelineaarse optika valdkonna ekspert, kes juhtis Sandia meeskonda. Ta ütles, et aeg-ajalt väljub proovist sissetuleva laserkiirega samas suunas paar takerdunud footoni erineva lainepikkusega.
Teadustöös kirjeldatakse, kuidas meeskond edukalt häälestas oma metapinda, et toota erineva lainepikkusega takerdunud footoneid, mis on mitme paari keeruliselt põimunud footonite üheaegse genereerimise kriitilise tähtsusega eelkäija.

*****

Seadmest sõltumatu QKD (DIQKD) muudab häkkimise mõttetuks

Seadmest sõltumatut QKD-d (lühendatult DIQKD) on teoreetiliselt tuntud juba 1990. aastatest, kuid selle on alles äsja eksperimentaalselt rakendanud rahvusvaheline uurimisrühm eesotsas Müncheni Ludwig Maximiliani ülikool füüsik Harald Weinfurter ja Charles Lim Singapuri riiklik ülikool (NUS). Seade ei mõjuta krüptoprotokolli. Quantum News Briefs teeb kokkuvõtte ja jagab SciTechDaily hiljutist aruannet.
Tavapäraste QKD meetodite puhul on turvalisus tagatud vaid siis, kui kasutatavaid kvantseadmeid on piisavalt hästi iseloomustatud. "Nii peavad selliste protokollide kasutajad tuginema QKD pakkujate spetsifikatsioonidele ja usaldama, et seade ei lülitu võtmete jagamise ajal teisele töörežiimile," selgitab Tim van Leent, üks neljast protokolli juhtivast autorist. paber koos Wei Zhangi ja Kai Redekeriga. Vähemalt kümmekond aastat on teada, et vanemaid QKD seadmeid saab kergesti väljastpoolt häkkida, jätkab van Leent.
DIQKD-s kasutatakse testi „spetsiaalselt selleks, et seadmete juures ei toimuks manipulatsioone – st et näiteks varjatud mõõtmistulemusi poleks seadmetesse eelnevalt salvestatud,” selgitab Weinfurter.
"Meie meetodiga saame nüüd genereerida salajasi võtmeid iseloomustamata ja potentsiaalselt ebausaldusväärsete seadmetega, " selgitab Weinfurter.
Üks järgmistest eesmärkidest on laiendada süsteemi, et hõlmata mitu takerdunud aatomipaari. "See võimaldaks luua palju rohkem takerdumisolekuid, mis suurendab andmeedastuskiirust ja lõpuks võtmeturvalisust," ütleb van Leent.

*****

Indiast vaadatuna on geopoliitiline kiirustamine kvanttehnoloogiate arendamiseks

USA, Hiina, Venemaa ja Ühendkuningriik on globaalsed mängijad kellel on kvantvaldkonnas edumaa. Riikide kavatsus töötada välja kvantarvuteid on muutunud vastupandamatuks omandama strateegiline juht küberjulgeoleku, luureoperatsioonide ja majandustööstuse vallas. Ved Shinde on India Delhi ülikooli St Stephensi kolledži politoloogia- ja majandusteaduse üliõpilane. Selle globaalse kvantarengu ülevaate autor on ajakirjas The Geopolitics.
Ülalmainitud rahvastel on pühendatud eksponentsiaalsed rahalised vahendid kvantuuringuteks ja arendustegevuseks. Praegu asub USA-s maailma suurim kvantarvuti IBM Eagle. IBM ka püütakse domineerida kvantruumis megaarvutikiibiga, mis võib potentsiaalselt töödelda üle 1.000 kubiti. Tehnoloogilised jõujaamad, nagu Google, Microsoft ja IBM, on kõik Ameerika ettevõtted, mis võimaldavad USA-l säilitada kvantarvutuses tugevat juhtpositsiooni.
Hiinal, Ameerika Ühendriikidel ja Ühendkuningriigil on konkurentsivõimelised riiklikud plaanid andmetöötluse talentide ja teadmiste meelitamiseks. Näiteks hiina neil on "Tuhande talentide plaan", mis on üle maailma silmapaistnud. Peking priiskab raha teadlaste ja teadlaste meelitamiseks. Hiinal on ka investeerinud kahel erineval arhitektuurilisel viisil, et saada arvutuslikke eeliseid kvantülemus. Need rajad on valguspõhine Gaussi bosoni proovivõtt ja elektronidepõhine juhuslik kvantahela diskreetimine, mida kasutatakse ka IBMi Eagle'is.
Nii USA kui ka Hiina on kehtestanud kodumaistele ettevõtetele täiendavaid piiranguid, et piirata omavahelist tehnoloogilist vahetust. See on tekitanud erinevatest osapooltest küsimusi kvanttehnoloogia tarneahelaid kujundava geopoliitilise dünaamika kohta. Kontsentreeritud ja kapitalimahuka iseloomu tõttu on need tarneahelad allutatud oht geopoliitilistest rivaalitsemistest. See süveneb, kui intellektuaalomandi režiimid ja kvanttehnoloogia ülemaailmsed standardid töötatakse välja.
Prantsusmaa, Saksamaa, Austraalia, Kanada, Šveits, Austria, Iisrael, Holland, India, Lõuna-Korea, Singapur ja Jaapan on mõned muu rahvad, kes on samuti meisterdanud selgelt määratletud riiklikud algatused kvanttehnoloogiates.
Sellise riigi nagu India jaoks on kvanttehnoloogial mitu võimalust. Eksperdid juhib tähelepanu sellele, et kvantkrüpteerimine võib tagada side, kvantsimulatsioon võib aidata uurida materjale roheliste tehnoloogiate jaoks ja kvantandur võib aidata kaardistada kliimamuutuste mõju. India on juba käivitanud riikliku kvanttehnoloogiate ja -rakenduste missiooni (NMQTA), mille kogueelarve on väljaminek kaheksa tuhat krooni ruupiat ja on näidanud oma kavatsust nende tehnoloogiate arendamisel.

*****

Sandra K. Helsel, Ph.D. on tegelenud eesliinitehnoloogiate uurimisega ja aruandlusega alates 1990. aastast. Tal on doktorikraad. Arizona ülikoolist.