תקציר חדשות קוונטים 13 בספטמבר: תובנות מביקור במעבדות המחקר הקוונטים של יבמ, QKD (DIQKD) בלתי תלוי במכשיר יהפכו את הפריצה לחסרת תועלת; חוקרים מפתחים מכשיר 'Metasurface' דק במיוחד עבור טכנולוגיה קוונטית ועוד

תקצירי חדשות קוונטים היום נפתח ב"תובנות מביקור במעבדות המחקר הקוונטים של IBM", ואחריו מחקר QKD (DIQKD) בלתי תלוי במכשיר שיהפוך את הפריצה לחסרת תועלת; ושלישית דו"ח על חוקרים המפתחים מכשיר 'Metasurface' דק במיוחד עבור טכנולוגיה קוונטית ועוד.

תובנות מביקור במעבדות המחקר הקוונטים של IBM

קווין קרוול, תורם של פורבס, ביקר לאחרונה במעבדות המחקר הקוונטי של יבמ ביורקטאון הייטס, ניו יורק, ושוחח עם ג'יי גמבטה, עמית יבמ וסמנכ"ל מחשוב קוונטי, מחקר יבמ וצוותו הפועלים לקידום המחשוב הקוונטי. Quantum News Briefs מסכם נקודות מפתח להלן. קרא את הראיון והניתוח המלאים כאן.
Krewall פותח בהסבר הזה, "המטרה של חוקרי IBM היא להפוך את המחשוב הקוונטי לכל מקום ככל האפשר כדי לפתור בעיות ייחודיות. כדי להפוך את המערכות הקוונטיות לנגישות יותר, הן צריכות להפוך ל"מקוריות בענן" או "ללא שרת", בכך שהן הופכות למשאב ענן שנגבה על סמך שימוש. בעידן זה של מרכזי נתונים מפורקים, קוואנטום יכול להיות אחד ממרכיבי המחשוב המיוחדים הזמינים למחשבים קלאסיים, בדומה למעבדי GPU היום."
לאחר מכן סוקר Krewall את היעד של IBM של 1 מיליון קיוביטים: IBM Research הולכת בנתיב דומה לזה שנלקח עם מחשבים קלאסיים: שים קיוביטים נוספים ומהירים יותר על שבב באמצעות קנה מידה של סיליקון; לחבר קוביות מרובות כאריחים; ולבנות אשכולות של מחשבים קוונטיים הפועלים יחד.
בעוד שהמטרה היא לבנות מערכות עם מיליוני קיוביטים גולמיים עבור מחשוב קוונטי סובלני לתקלות, יש הרבה עבודה שניתן לעשות בינתיים כדי לשפר את הביצועים של קיוביטים גולמיים כדי לבצע יותר עבודה מוקדם יותר על ידי שימוש בהפחתת שגיאות קוונטיות. כדי להשיג תוצאות קוונטיות טובות יותר באמצעות הקיוביטים הרועשים והקצרים של ימינו, יש צורך בכמה דרכים לעקיפת הבעיה. IBM Research העלתה כמה טכניקות למניעת שגיאות שהוכחו כשימושיות.
המטרה הסופית של מחשוב קוונטי מעשי היא לספק יתרון על פני מחשוב קלאסי כדי לפתור בעיות משמעותיות בטווח זמן סביר.

*****

חוקרים מפתחים מכשיר 'Metasurface' דק במיוחד עבור טכנולוגיה קוונטית

מדענים ב Sandia המעבדות הלאומיות וה מכון מקס פלנק למדע האור דיווחו על מכשיר שיכול להחליף חדר מלא של ציוד לקישור פוטונים באפקט קוונטי מוזר שנקרא הסתבכות. המכשיר הזה - מעין חומר מהונדס ננו הנקרא מטא-שטח - סולל את הדרך להסתבכות של פוטונים בדרכים מורכבות שלא היו אפשריות בטכנולוגיות קומפקטיות.
מחקר עבור המכשיר פורץ הדרך, שדק פי מאה מגיליון נייר, בוצע, בחלקו, ב- המרכז לננו-טכנולוגיות משולבות, מתקן משתמש של משרד האנרגיה של משרד המדע המופעל על ידי המעבדות הלאומיות של Sandia ולוס אלמוס. הצוות של Sandia קיבל מימון ממשרד המדע, תוכנית מדעי האנרגיה הבסיסיים.
משטח המטא החדש משמש כפתח לתופעה קוונטית יוצאת דופן זו. במובנים מסוימים, זה כמו המראה בסרטו של לואיס קרול "מבעד למראה", שדרכו הגיבורה הצעירה אליס חווה עולם מוזר וחדש.
במקום לעבור דרך המכשיר החדש שלהם, מדענים מאיר דרכו בלייזר. אלומת האור עוברת דרך מדגם דק במיוחד של זכוכית המכוסה במבנים ננומטריים העשויים מחומר מוליכים למחצה נפוץ הנקרא גליום ארסניד. "זה מערבל את כל השדות האופטיים", אמר המדען הבכיר של Sandia יגאל ברנר, מומחה לתחום שנקרא אופטיקה לא ליניארית שהוביל את צוות Sandia. מדי פעם, הוא אמר, זוג פוטונים מסובכים באורכי גל שונים יוצאים מהדגימה באותו כיוון של קרן הלייזר הנכנסת.
מאמר המדע מתאר כיצד הצוות הצליח לכוונן את המטא-שטח שלהם כדי לייצר פוטונים מסובכים עם אורכי גל משתנים, מבשר קריטי ליצירת כמה זוגות של פוטונים מסובכים בצורה מסובכת בו זמנית.

*****

QKD (DIQKD) בלתי תלוי במכשיר יהפוך פריצה לחסרת תועלת

QKD בלתי תלוי במכשיר (בקיצור DIQKD) ידוע תיאורטית מאז שנות ה-1990, אך הוא יושם רק בניסוי על ידי צוות מחקר בינלאומי בראשות אוניברסיטת מינכן לודוויג הפיזיקאי האראלד ויינפורטר וצ'רלס לים מה- האוניברסיטה הלאומית של סינגפור (NUS). הפרוטוקול ההצפנה אינו מושפע מהמכשיר. Quantum News Briefs מסכם ומשתף את הדיווח האחרון מ-SciTechDaily.
עם שיטות QKD קונבנציונליות, אבטחה מובטחת רק כאשר המכשירים הקוונטיים שבהם נעשה שימוש אופיינו היטב. "ולכן, משתמשים בפרוטוקולים כאלה צריכים להסתמך על המפרטים שסופקו על ידי ספקי QKD ולסמוך על כך שהמכשיר לא יעבור למצב הפעלה אחר במהלך חלוקת המפתחות", מסביר טים ואן לינט, אחד מארבעת המחברים הראשיים של נייר לצד ווי ג'אנג וקאי רדקר. זה היה ידוע לפחות עשור שניתן בקלות לפרוץ מכשירי QKD ישנים מבחוץ, ממשיך ואן לינט.
ב-DIQKD, הבדיקה משמשת "במיוחד כדי לוודא שאין מניפולציות במכשירים - כלומר, למשל, שתוצאות מדידה נסתרות לא נשמרו במכשירים לפני כן", מסביר וינפורטר.
"עם השיטה שלנו, אנחנו יכולים כעת ליצור מפתחות סודיים עם מכשירים לא מאופיינים ועלולים להיות לא אמינים", מסביר ויינפורטר.
אחת המטרות הבאות היא להרחיב את המערכת כך שתכלול כמה זוגות אטומים סבוכים. "זה יאפשר ליצור הרבה יותר מצבי הסתבכות, מה שמגדיל את קצב הנתונים ובסופו של דבר את אבטחת המפתח", אומר ואן לינט.

*****

החיפזון הגיאופוליטי לפתח טכנולוגיות קוונטיות כפי שניתן לראות מהודו

ארצות הברית, סין, רוסיה ובריטניה הן הגלובליות שחקנים שיש להם בראש בתחום הקוונטי. הכוונה של מדינות לפתח מחשבים קוונטיים הפכה לבלתי ניתנת לעמוד בפניה לְהַשִׂיג הובלה אסטרטגית באבטחת סייבר, פעולות מודיעין ותעשייה כלכלית. Ved Shinde הוא סטודנט למדעי המדינה וכלכלה בסנט סטפנס קולג', אוניברסיטת דלהי, הודו הוא המחבר של סקירה כללית זו של התפתחות קוונטית גלובלית ב-The Geopolitics.
לאומות שהוזכרו לעיל יש מסור משאבים כספיים אקספוננציאליים למחקר ופיתוח קוונטיים. נכון לעכשיו, בארצות הברית נמצא המחשב הקוונטי הגדול בעולם, הנשר של יבמ. גם IBM מבקש לשלוט במרחב הקוונטי עם שבב מגה-מחשב שיכול לעבד למעלה מ-1.000 קיוביטים. מעצמות טכנולוגיות כמו גוגל, מיקרוסופט ו-IBM הן כולן חברות אמריקאיות המאפשרות לארצות הברית לשמור על מוביל חזק בתחום המחשוב הקוונטי.
לסין, ארצות הברית ובריטניה יש תוכניות לאומיות תחרותיות למשיכת כישרון ומומחיות מחשוב. לדוגמה, ה סִינִית יש להם את "תוכנית אלף הכישרונות" שלהם ששיקפה את גלגלי העין העולמיים. בייג'ין מוציאה כסף כדי לפתות מדענים וחוקרים. גם לסין יש מוּשׁקָע בשני מסלולים ארכיטקטוניים שונים להשגת יתרונות חישוביים ב עליונות קוונטית. מסלולים אלה הם דגימת בוזון גאוס מבוססת אור ודגימת מעגלים קוונטיים אקראית מבוססת אלקטרונים, המשמשת גם ב-Eagle של IBM.
הן ארצות הברית והן סין הטילו עוד הגבלות על חברות מקומיות כדי להגביל חילופי טכנולוגיה זו עם זו. זה עורר שאלות מתחומים שונים סביב דינמיקה גיאופוליטית המעצבת את שרשראות האספקה ​​של הטכנולוגיה הקוונטית. בשל אופיים המרוכז ועתיר ההון, שרשראות אספקה ​​אלה נמצאות תחת איום של יריבויות גיאופוליטיות. זה יתעצם ככל שיתפתחו משטרי קניין רוחני וסטנדרטים גלובליים לטכנולוגיות קוונטיות.
צרפת, גרמניה, אוסטרליה, קנדה, שוויץ, אוסטריה, ישראל, הולנד, הודו, דרום קוריאה, סינגפור ויפן הן כמה אַחֵר אומות שגם יצרו יוזמות לאומיות מוגדרות היטב בטכנולוגיות קוונטיות.
עבור מדינה כמו הודו, טכנולוגיות קוונטיות טומנות בחובן אפשרויות רבות. מומחים ציין שהצפנה קוונטית יכולה לאבטח תקשורת, סימולציה קוונטית יכולה לסייע בחקר חומרים לטכנולוגיות ירוקות וחישה קוונטית יכולה לסייע במיפוי השפעת שינויי האקלים. הודו כבר השיקה משימה לאומית בנושא טכנולוגיות ויישומים קוונטיים (NMQTA) עם תקציב כולל הוֹצָאָה של שמונה אלף קרור רופי והוכיחה את כוונתה בפיתוח טכנולוגיות אלו.

*****

סנדרה ק. הלסל, Ph.D. חוקרת ומדווחת על טכנולוגיות חזיתיות מאז 1990. יש לה Ph.D. מאוניברסיטת אריזונה.