By Sandra Helsel pubblicato il 13 settembre 2022
Riassunti di notizie quantistiche oggi si apre con "Insights from a Visit to IBM's Quantum Research Labs", seguito dalla ricerca QKD indipendente dal dispositivo (DIQKD) che renderà inutile l'hacking; e terzo un rapporto sui ricercatori che sviluppano un dispositivo ultrasottile "Metasuperficie" per la tecnologia quantistica e ALTRO.
Approfondimenti da una visita ai Quantum Research Labs di IBM
Kevin Krewell, un collaboratore di Forbes, ha recentemente visitato i Quantum Research Labs di IBM a Yorktown Heights, New York, e ha parlato con Jay Gambetta, IBM Fellow e VP di Quantum Computing, IBM Research e il suo team che lavora per far progredire il quantum computing. Quantum News Briefs riassume i punti chiave di seguito. Leggi l'intervista completa e l'analisi qui.
Krewall si apre con questa spiegazione: "L'obiettivo per i ricercatori IBM è rendere il calcolo quantistico il più onnipresente possibile per risolvere problemi unici. Per rendere i sistemi quantistici più accessibili, devono diventare "nativi del cloud" o "senza server", in quanto diventano una risorsa cloud addebitata in base all'utilizzo. In questa era di data center disaggregati, il quantum può essere uno degli elementi di calcolo specializzati disponibili per i computer classici, proprio come lo sono oggi le GPU".
Krewall passa quindi in rassegna l'obiettivo di IBM di 1 milione di qubit: IBM Research sta seguendo un percorso simile a quello intrapreso con i computer classici: inserire più e più veloci qubit su un chip utilizzando il ridimensionamento del silicio; interconnettere più matrici quantiche come tessere; e costruire cluster di computer quantistici che lavorano insieme.
Mentre l'obiettivo è quello di costruire sistemi con milioni di qubit non elaborati per il calcolo quantistico con tolleranza ai guasti, c'è molto lavoro che può essere fatto nel frattempo per migliorare le prestazioni dei qubit non elaborati per fare più lavoro prima utilizzando la mitigazione degli errori quantistici. Per ottenere risultati quantistici migliori utilizzando i qubit relativamente rumorosi e di breve durata di oggi sono necessarie alcune soluzioni alternative. IBM Research ha messo a punto un paio di tecniche di mitigazione degli errori che si stanno rivelando utili.
L'obiettivo finale per l'informatica quantistica pratica è fornire un vantaggio rispetto all'informatica classica per risolvere problemi significativi in un lasso di tempo ragionevole.
*****
I ricercatori sviluppano un dispositivo ultrasottile "Metasuperficie" per la tecnologia quantistica
Gli scienziati a Sandia Laboratori Nazionali e il Istituto Max Planck per la Scienza della Luce hanno riferito di un dispositivo che potrebbe sostituire una stanza piena di apparecchiature per collegare i fotoni in un bizzarro effetto quantistico chiamato entanglement. Questo dispositivo - una sorta di materiale nanotecnologico chiamato metasuperficie - apre la strada all'intreccio di fotoni in modi complessi che non sono stati possibili con tecnologie compatte.
La ricerca per il dispositivo rivoluzionario, che è cento volte più sottile di un foglio di carta, è stata eseguita, in parte, presso il Centro per le nanotecnologie integrate, una struttura per gli utenti del Department of Energy Office of Science gestita dai laboratori nazionali Sandia e Los Alamos. Il team di Sandia ha ricevuto finanziamenti dall'Office of Science, programma Basic Energy Sciences.
La nuova metasuperficie funge da porta d'accesso a questo insolito fenomeno quantistico. In un certo senso, è come lo specchio in “Attraverso lo specchio” di Lewis Carrol, attraverso il quale la giovane protagonista Alice sperimenta uno strano, nuovo mondo.
Invece di camminare attraverso il loro nuovo dispositivo, gli scienziati lo attraversano con un laser. Il raggio di luce passa attraverso un campione ultrasottile di vetro ricoperto da strutture su scala nanometrica costituite da un comune materiale semiconduttore chiamato arseniuro di gallio. "Rimescola tutti i campi ottici", ha detto lo scienziato senior di Sandia Igal Brener, un esperto in un campo chiamato ottica non lineare che ha guidato il team di Sandia. Di tanto in tanto, ha detto, una coppia di fotoni entangled a diverse lunghezze d'onda emerge dal campione nella stessa direzione del raggio laser in arrivo.
L'articolo di Science delinea come il team abbia sintonizzato con successo la propria metasuperficie per produrre fotoni entangled con lunghezze d'onda variabili, un precursore fondamentale per la generazione simultanea di diverse coppie di fotoni entangled intricati.
*****
La QKD indipendente dal dispositivo (DIQKD) renderà inutile l'hacking
La QKD indipendente dal dispositivo (abbreviato DIQKD) è teoricamente nota dagli anni '1990, ma è stata appena implementata sperimentalmente da un gruppo di ricerca internazionale guidato da Ludwig Maximilian University of Munich il fisico Harald Weinfurter e Charles Lim del Università nazionale di Singapore (NUS). Il protocollo crittografico non è influenzato dal dispositivo. Quantum News Briefs riassume e condivide il recente rapporto di SciTechDaily.
Con i metodi QKD convenzionali, la sicurezza è garantita solo quando i dispositivi quantistici utilizzati sono stati caratterizzati sufficientemente bene. "E così, gli utenti di tali protocolli devono fare affidamento sulle specifiche fornite dai fornitori di QKD e fidarsi che il dispositivo non passerà a un'altra modalità operativa durante la distribuzione delle chiavi", spiega Tim van Leent, uno dei quattro autori principali del carta insieme a Wei Zhang e Kai Redeker. È noto da almeno un decennio che i vecchi dispositivi QKD potrebbero essere facilmente violati dall'esterno, continua van Leent.
In DIQKD, il test viene utilizzato "in particolare per garantire che non vi siano manipolazioni sui dispositivi, vale a dire, ad esempio, che i risultati di misurazione nascosti non siano stati salvati in precedenza nei dispositivi", spiega Weinfurter.
"Con il nostro metodo, ora possiamo generare chiavi segrete con dispositivi non caratterizzati e potenzialmente non affidabili", spiega Weinfurter.
Uno dei prossimi obiettivi è espandere il sistema per incorporare diverse coppie di atomi entangled. "Ciò consentirebbe la generazione di molti più stati di entanglement, il che aumenta la velocità dei dati e, in ultima analisi, la sicurezza delle chiavi", afferma van Leent.
*****
La corsa geopolitica allo sviluppo delle tecnologie quantistiche vista dall'India
Gli Stati Uniti, la Cina, la Russia e il Regno Unito sono i globali giocatori che hanno un vantaggio nel dominio quantistico. L'intenzione dei paesi di sviluppare computer quantistici è diventata irresistibile guadagno un vantaggio strategico nella sicurezza informatica, nelle operazioni di intelligence e nell'industria economica. Ved Shinde è uno studente di Scienze Politiche ed Economia al St Stephens College, Università di Delhi, India ed è l'autore di questa panoramica dello sviluppo quantistico globale in The Geopolitics.
Le nazioni sopra menzionate hanno devoto risorse monetarie esponenziali verso la ricerca e lo sviluppo quantistico. Attualmente, gli Stati Uniti ospitano il computer quantistico più grande del mondo, l'IBM Eagle. anche IBM cerca dominare lo spazio quantistico con un mega-chip per computer in grado di elaborare potenzialmente oltre 1.000 qubit. Potenze tecnologiche come Google, Microsoft e IBM sono tutte aziende americane che consentono agli Stati Uniti di mantenere un forte vantaggio nel calcolo quantistico.
Cina, Stati Uniti e Regno Unito hanno piani nazionali competitivi per attrarre talenti e competenze informatiche. Ad esempio, il Cinese hanno il loro "Piano dei mille talenti" che ha trafitto i bulbi oculari globali. Pechino sta spendendo denaro per attirare scienziati e ricercatori. Anche la Cina ha investito in due diversi percorsi architetturali per ottenere vantaggi computazionali in supremazia quantistica. Questi percorsi sono il campionamento del bosone gaussiano basato sulla luce e il campionamento del circuito quantistico casuale basato sugli elettroni, utilizzato anche in Eagle di IBM.
Sia gli Stati Uniti che la Cina hanno ulteriormente imposto restrizioni tit-for-tat alle società nazionali per limitare lo scambio tecnologico tra loro. Ciò ha sollevato domande da diverse parti sulle dinamiche geopolitiche che danno forma alle catene di approvvigionamento della tecnologia quantistica. A causa della loro natura concentrata e ad alta intensità di capitale, queste catene di approvvigionamento sono soggette a minaccia delle rivalità geopolitiche. Ciò si intensificherà con lo sviluppo dei regimi di proprietà intellettuale e degli standard globali per le tecnologie quantistiche.
Francia, Germania, Australia, Canada, Svizzera, Austria, Israele, Paesi Bassi, India, Corea del Sud, Singapore e Giappone sono alcuni Altro nazioni che hanno anche creato iniziative nazionali ben definite nelle tecnologie quantistiche.
Per un paese come l'India, le tecnologie quantistiche offrono molteplici possibilità. Esperti sottolineare che la crittografia quantistica può proteggere le comunicazioni, la simulazione quantistica può aiutare a esplorare i materiali per le tecnologie verdi e il rilevamento quantistico può aiutare a mappare l'impatto del cambiamento climatico. L'India ha già lanciato una missione nazionale sulle tecnologie e applicazioni quantistiche (NMQTA) con un budget totale esborso di ottomila crore di rupie e ha dimostrato il suo intento nello sviluppo di queste tecnologie.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. si occupa di ricerca e reportage sulle tecnologie di frontiera dal 1990. Ha conseguito il dottorato di ricerca. dell'Università dell'Arizona.
