By Sandra Helsel közzétéve: 13. szeptember 2022
Quantum News Briefs A mai nap az „Insights from a Visit to the IBM Quantum Research Labs” (Insights from a Visit to the IBM Quantum Research Labs) nyitja, amelyet az eszközfüggetlen QKD (DIQKD) kutatás követ, amely hiábavalóvá teszi a hackelést; a harmadik pedig egy jelentés a kutatókról, akik ultravékony „Metasurface” eszközt fejlesztenek kvantumtechnológiához és MORE-hez.
Betekintés az IBM Quantum Research Labs-ban tett látogatásból
Kevin Krewell, a Forbes munkatársa a közelmúltban meglátogatta az IBM Quantum Research Labs-ot Yorktown Heightsban, New Yorkban, és beszélgetett Jay Gambettával, az IBM munkatársával és a Quantum Computing, az IBM Research alelnökével és a kvantumszámítástechnika fejlesztésén dolgozó csapatával. A Quantum News Briefs az alábbiakban foglalja össze a legfontosabb pontokat. A teljes interjú és elemzés itt olvasható.
Krewall ezzel a magyarázattal nyit:Az IBM kutatóinak célja, hogy a kvantumszámítást a lehető legelterjedtebbé tegyék egyedi problémák megoldására. Ahhoz, hogy a kvantumrendszereket hozzáférhetőbbé tegyék, „felhőalapúvá” vagy „szerver nélkülivé” kell válniuk, vagyis a használat alapján felszámított felhő-erőforrássá kell válniuk. A bontott adatközpontok korszakában a kvantum a klasszikus számítógépek számára elérhető egyik speciális számítási elem lehet, hasonlóan a mai GPU-khoz.”
Ezt követően Krewall áttekinti az IBM 1 millió qubites célját: az IBM Research hasonló utat követ, mint a klasszikus számítógépeknél: több és gyorsabb qubitet helyezzen el egy chipen szilícium skálázással; összekapcsoljon több kvantumszerszámot csempeként; és közösen működő kvantumszámítógép-fürtöket építenek.
Míg a cél az, hogy több millió nyers qubitet tartalmazó rendszereket építsenek fel a hibatűrő kvantumszámításhoz, addig sok munka van még a nyers qubitek teljesítményének javításán, hogy a kvantumhiba-mérséklés segítségével gyorsabban végezzenek munkát. A mai, viszonylag zajos és rövid élettartamú qubitek jobb kvantumeredményeinek elérése érdekében bizonyos kerülő megoldásokra van szükség. Az IBM Research néhány hibacsökkentő technikát dolgozott ki, amelyek hasznosnak bizonyulnak.
A gyakorlati kvantumszámítás végső célja, hogy előnyt biztosítson a klasszikus számítástechnikával szemben a jelentős problémák ésszerű időn belüli megoldása érdekében.
*****
A kutatók ultravékony „Metasurface” eszközt fejlesztenek ki kvantumtechnológiához
A tudósok a Sandia Nemzeti Laboratóriumok és a Max Planck Fénytudományi Intézet beszámoltak egy olyan eszközről, amely egy szobanyi berendezést helyettesíthet, hogy fotonokat összekapcsoljon egy bizarr kvantumhatásban, amelyet összefonódásnak neveznek. Ez az eszköz – egyfajta nano-mérnöki anyag, amelyet metafelületnek neveznek – megnyitja az utat a fotonok olyan összetett módon történő összefonódásához, amely kompakt technológiákkal nem volt lehetséges.
A papírlapnál százszor vékonyabb úttörő eszköz kutatását részben a Integrált Nanotechnológiák Központja, a Department of Energy Office of Science felhasználói létesítménye, amelyet a Sandia és a Los Alamos nemzeti laboratóriumok üzemeltetnek. Sandia csapata az Office of Science, az Alapvető Energiatudományok programtól kapott támogatást.
Az új metafelület ajtóként működik e szokatlan kvantumjelenség előtt. Bizonyos szempontból olyan, mint a tükör Lewis Carrol „Through the Looking-Glass” című művében, amelyen keresztül a fiatal főszereplő Alice egy furcsa, új világot tapasztal meg.
Ahelyett, hogy átsétálnának új eszközükön, a tudósok lézerrel világítanak át rajta. A fénysugár egy ultravékony üvegmintán halad át, amelyet egy gallium-arzenid nevű, közös félvezető anyagból készült nanoméretű szerkezetek borítanak. „Minden optikai mezőt összekever” – mondta Igal Brener, a Sandia vezető tudósa, a nemlineáris optikának nevezett terület szakértője, aki a Sandia csapatát vezette. Elmondta, hogy a mintából időnként egy-egy összegabalyodott fotonpár, különböző hullámhosszúság jön ki ugyanabban az irányban, mint a bejövő lézersugár.
A Science tanulmány felvázolja, hogy a csapat hogyan hangolta sikeresen a metafelületüket, hogy különböző hullámhosszúságú összegabalyodott fotonokat hozzon létre, ami kritikus előfutára több pár bonyolultan összegabalyodott foton egyidejű előállításának.
*****
Az eszközfüggetlen QKD (DIQKD) hiábavalóvá teszi a hackelést
Az eszközfüggetlen QKD (rövidítve DIQKD) elméletileg az 1990-es évek óta ismert, de kísérletileg csak mostanában valósította meg egy nemzetközi kutatócsoport, amelynek élén. A müncheni Ludwig Maximilian Egyetem fizikus Harald Weinfurter és Charles Lim a Szingapúr Nemzeti Egyetem (NUS). A kriptográfiai protokollt az eszköz nem befolyásolja. A Quantum News Briefs összefoglalja és megosztja a SciTechDaily legújabb jelentését.
A hagyományos QKD módszerekkel a biztonság csak akkor garantált, ha az alkalmazott kvantumeszközöket kellően jól jellemezték. „Így az ilyen protokollok felhasználóinak a QKD-szolgáltatók specifikációira kell hagyatkozniuk, és bízniuk kell abban, hogy az eszköz nem vált át másik üzemmódba a kulcsosztás során” – magyarázza Tim van Leent, a négy vezető szerző egyike. papír Wei Zhang és Kai Redeker mellett. Már legalább egy évtizede ismert, hogy a régebbi QKD-eszközöket kívülről könnyen feltörhetik – folytatja van Leent.
A DIQKD-ben a tesztet „kifejezetten annak biztosítására használják, hogy az eszközökön ne legyenek manipulációk – azaz például, hogy a rejtett mérési eredményeket nem mentették előre az eszközökben” – magyarázza Weinfurter.
„Módszerünkkel immár titkos kulcsokat is generálhatunk jellemzetlen és potenciálisan megbízhatatlan eszközökkel” – magyarázza Weinfurter.
Az egyik következő cél a rendszer kiterjesztése több összegabalyodott atompárra. „Ez sokkal több összefonódási állapot létrehozását tenné lehetővé, ami növeli az adatsebességet és végső soron a kulcsbiztonságot” – mondja van Leent.
*****
A kvantumtechnológiák fejlesztésére irányuló geopolitikai rohanás Indiából nézve
Az Egyesült Államok, Kína, Oroszország és az Egyesült Királyság a globális játékos akiknek előnyük van a kvantumtartományban. Az országok kvantumszámítógépek fejlesztésére irányuló szándéka ellenállhatatlanná vált nyereség stratégiai vezető szerepet tölt be a kiberbiztonság, a hírszerzési műveletek és a gazdasági ipar területén. Ved Shinde az indiai Delhi Egyetem St Stephens College-ban politológia és közgazdaságtan szakos hallgatója a szerzője a globális kvantumfejlesztésről szóló áttekintésnek a The Geopolitics-ban.
A fent említett nemzeteknek van odaadó exponenciális monetáris források a kvantumkutatás és -fejlesztés felé. Jelenleg az Egyesült Államokban található a világ legnagyobb kvantumszámítógépe, az IBM Eagle. IBM is törekszik uralni a kvantumteret egy mega-számítógép chippel, amely potenciálisan több mint 1.000 qubitet képes feldolgozni. Az olyan technológiai erőművek, mint a Google, a Microsoft és az IBM, mind olyan amerikai vállalatok, amelyek lehetővé teszik az Egyesült Államok számára, hogy megőrizze vezető szerepét a kvantumszámítástechnikában.
Kínának, az Egyesült Államoknak és az Egyesült Királyságnak versenyképes nemzeti tervei vannak a számítástechnikai tehetségek és szakértelem vonzására. Például a kínai megvan a „Thousand Talents Terv”, amely megváltoztatta a világot. Peking pénzt szór a tudósok és kutatók elcsábítására. Kínának is van befektetett két különböző építészeti úton, hogy számítási előnyökhöz jussanak kvantum fölény. Ezek az útvonalak a fényalapú Gauss-bozon mintavételezés és az elektron alapú véletlenszerű kvantumköri mintavételezés, amelyeket az IBM Eagle programjában is használnak.
Mind az Egyesült Államok, mind Kína további szigorú korlátozásokat vezetett be a hazai vállalatokra, hogy korlátozzák az egymással folytatott technológiai cseréket. Ez különböző felek részéről kérdéseket vetett fel a kvantumtechnológiai ellátási láncokat alakító geopolitikai dinamikával kapcsolatban. Ezek az ellátási láncok koncentrált és tőkeigényes jellegük miatt a fenyegetés a geopolitikai rivalizálásról. Ez a szellemi tulajdonjogok szabályozásának és a kvantumtechnológiák globális szabványainak kidolgozásával fokozódik.
Franciaország, Németország, Ausztrália, Kanada, Svájc, Ausztria, Izrael, Hollandia, India, Dél-Korea, Szingapúr és Japán. egyéb nemzetek, amelyek szintén alkottak jól meghatározott nemzeti kezdeményezések a kvantumtechnológiákban.
Egy olyan országban, mint India, a kvantumtechnológiák számos lehetőséget rejtenek magukban. Szakértők rámutat arra, hogy a kvantumtitkosítás biztonságossá teheti a kommunikációt, a kvantumszimuláció segíthet a zöld technológiákhoz szükséges anyagok feltárásában, a kvantumérzékelés pedig segíthet feltérképezni az éghajlatváltozás hatását. India már elindított egy nemzeti kvantumtechnológiákkal és alkalmazásokkal foglalkozó missziót (NMQTA), amelynek teljes költségvetése költség nyolcezer milliárd rúpiát, és bebizonyította szándékát e technológiák fejlesztésében.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. 1990 óta foglalkozik határtechnológiákkal kapcsolatos kutatásokkal és jelentésekkel. Ph.D. az Arizonai Egyetemről.
