By Sandra Hessel geplaatst 09 sep 2022
Quantum Nieuwsbrief 9 september begin met een uitleg hoe geplette plastic flessen nanodiamanten voor kwantumsensoren kunnen maken, gevolgd door een nieuwe apparaatonafhankelijke kwantumcryptografiemethode die een veiligere cncryptie kan bieden. Commonwealth of Massachusetts kent R&D-subsidie van $ 3.5 miljoen toe voor nieuwe kwantumfaciliteit van Northeastern University is derde & MEER
Verpletterde plastic flessen kunnen nanodiamanten voor kwantumsensoren maken
Een onderzoeksteam heeft laserflitsen gebruikt om het binnenste van ijsplaneten te simuleren, wat een nieuw proces op gang heeft gebracht voor het produceren van het soort minuscule diamanten dat essentieel is voor kwantumsensoren. Het onderzoek en de implicaties ervan werden gerapporteerd in Engineering&Technologie (E&T) en hier samengevat.
Het internationale team, geleid door het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), de Universiteit van Rostock en de Franse École Polytechnique, voerde een nieuw experiment uit om te bepalen wat er zich afspeelt in ijsplaneten zoals Neptunus en Uranus.
De onderzoekers vuurden een laser af op een dun laagje simpel PET-plastic en onderzochten met intensieve laserflitsen wat er gebeurde. Een van de resultaten was dat de onderzoekers konden bevestigen dat het echt diamanten regent in de ijsreuzen aan de rand van ons zonnestelsel.
Deze methode zou een nieuwe manier kunnen zijn om nanodiamanten te produceren, die bijvoorbeeld nodig zijn voor zeer gevoelige kwantumsensoren. De groep heeft haar bevindingen gepresenteerd in het tijdschrift Wetenschap Advances.
De omstandigheden in het binnenste van ijzige reuzenplaneten zoals Neptunus en Uranus zijn extreem: temperaturen bereiken enkele duizenden graden Celsius en de druk is miljoenen keren groter dan in de atmosfeer van de aarde. Desalniettemin kunnen toestanden als deze kort in het lab worden gesimuleerd: krachtige laserflitsen raken een filmachtig materiaalmonster, verhit het tot 6,000°C in een oogwenk en genereert een schokgolf die het materiaal enkele nanoseconden samendrukt tot een miljoen keer de atmosferische druk.
ijsreuzen bevatten niet alleen koolstof en waterstof, maar ook enorme hoeveelheden zuurstof. Bij het zoeken naar geschikt filmmateriaal stuitte de groep op een alledaagse stof: PET, de hars waarvan gewone plastic flessen worden gemaakt. "PET heeft een goede balans tussen koolstof, waterstof en zuurstof om de activiteit op ijsplaneten te simuleren", zei Kraus.
Het experiment opent ook perspectieven voor een technische toepassing: het op maat produceren van diamanten ter grootte van een nanometer, die al in slijp- en polijstmiddelen zitten. Er wordt voorspeld dat ze in de toekomst zullen worden gebruikt als zeer gevoelige kwantumsensoren.
*****
Een nieuwe apparaatonafhankelijke kwantumcryptografiemethode zou een veiligere cncryptie kunnen bieden
Onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) hebben een nieuw protocol ontwikkeld voor apparaatonafhankelijke QKD of DIQKD. Quantum News Briefs vat de NieuwsDeal dekking hieronder.
Bij apparaatonafhankelijke QKD of DIQKD is het cryptografische protocol niet afhankelijk van het gebruikte apparaat. Voor de uitwisseling van quantum Bij mechanische sleutels worden ofwel lichtsignalen door de zender naar de ontvanger gestuurd of er worden verstrengelde kwantumsystemen gebruikt. Er worden twee meetinstellingen voor het genereren van sleutels gebruikt in plaats van slechts één. "Door de extra instelling voor het genereren van sleutels te introduceren, wordt het moeilijker om informatie te onderscheppen, en daarom kan het protocol meer ruis tolereren en geheime sleutels genereren, zelfs voor verstrengelde toestanden van mindere kwaliteit." zei Charles Lim van NUS. Lim is ook een van de auteurs van de studie.
Bij conventionele QKD-methoden kan de veiligheid worden gegarandeerd als de gebruikte kwantumapparaten goed zijn gekarakteriseerd. "En dus moeten gebruikers van dergelijke protocollen vertrouwen op de specificaties van de QKD-providers en erop vertrouwen dat het apparaat tijdens de sleuteldistributie niet overschakelt naar een andere bedrijfsmodus", legt Tim van Leent, een van de hoofdauteurs, uit.
Onderzoekers hopen dat hun methode nu zal helpen bij het genereren van geheime sleutels met niet-gekarakteriseerde en onbetrouwbare apparaten. Ze streven er nu naar om het systeem uit te breiden en verschillende verstrengelde atoomparen op te nemen.
*****
Het Gemenebest van Massachusetts kent een R&D-subsidie van $ 3.5 miljoen toe voor de nieuwe kwantumfaciliteit van de Northeastern University
De Baker-Polito Administration in Massachusetts heeft een nieuwe subsidie van $ 3.5 miljoen aangekondigd voor de Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL), een project van bijna $ 10 miljoen om de opkomende kwantumdetectie- en aanverwante technologiesectoren in de staat vooruit te helpen. Quantum News Briefs deelt de belangrijkste punten van de onderstaande aankondiging.
Het door het noordoosten geleide project zal nieuwe partnerschappen aangaan en verschillende lopende partnerschappen aangaan met academische instellingen en industriële partners. Het doel is om kwantumtechnologieën van de volgende generatie te ontwikkelen, de opleiding in kwantuminformatiewetenschap en -techniek voor studenten en werknemers te stimuleren en meer partnerschappen tot stand te brengen tussen de industrie en de overheid rond kwantumdetectie en aanverwante technologieën.
De nieuwe onderscheiding, van het Commonwealth's Collaborative Research and Development Matching Grant-programma beheerd door het Innovation Institute van de Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), zal kwantuminformatiewetenschappen bevorderen, een prioritair aandachtsgebied voor het R&D-fonds. De gerichte investering heeft een groot potentieel voor economische effecten op korte termijn, waaronder het creëren van nieuwe banen en omzetgroei bij industriële partners, waarvan er verschillende aanwezig waren bij de aankondiging van woensdag.
De subsidie zal de ontwikkeling ondersteunen van nieuwe ultragevoelige kwantumsensoren op kamertemperatuur, faciliteiten die een vitale en unieke capaciteit in de staat zullen bieden. Door zich te concentreren op sensoren, die technisch minder veeleisend zijn dan het ontwikkelen van volledige kwantumcomputers, doet Northeastern onderzoek dat binnen de komende twee tot vijf jaar levensvatbare wegen naar commercialisering biedt.
Het project zal een sterke nadruk leggen op de opleiding van personeel, om tegemoet te komen aan de groeiende behoefte aan werknemers die bedreven zijn in kwantuminformatiewetenschappen. Zie hier het volledige persbericht.
*****
Nieuwe stabiele kwantumbatterijen kunnen energie betrouwbaar opslaan in elektromagnetische velden
Quantumtechnologieën hebben energie nodig om te werken. Deze simpele overweging heeft ertoe geleid dat onderzoekers de afgelopen tien jaar het idee van kwantumbatterijen hebben ontwikkeld, dit zijn kwantummechanische systemen die worden gebruikt als apparaten voor energieopslag. In het zeer recente verleden hebben onderzoekers van het Centrum voor Theoretische Fysica van Complexe Systemen (PCS) binnen de Instituut voor elementaire wetenschappen (IBS) is Zuid-Korea in staat geweest om strenge beperkingen op te leggen aan de mogelijke laadprestaties van een kwantumbatterij. specifiek, zij toonden dat een verzameling kwantumbatterijen kan leiden tot een enorme verbetering van de laadsnelheid ten opzichte van een klassiek laadprotocol. Dit is te danken aan kwantumeffecten, waardoor de cellen in kwantumbatterijen tegelijkertijd kunnen worden opgeladen.
Ondanks deze theoretische verworvenheden zijn de experimentele realisaties van kwantumbatterijen nog steeds schaars. De enige recent opmerkelijk tegenvoorbeeld gebruikte een verzameling systemen met twee niveaus (zeer vergelijkbaar met de zojuist geïntroduceerde qubits) voor energieopslagdoeleinden, waarbij de energie wordt geleverd door een elektromagnetisch veld (een laser).
Gezien de huidige situatie is het duidelijk van het grootste belang om nieuwe en beter toegankelijke kwantumplatforms te vinden die als kwantumbatterijen kunnen worden gebruikt. Met deze motivatie in gedachten hebben onderzoekers van hetzelfde IBS PCS-team, in samenwerking met Giuliano Benenti (Universiteit van Insubria, Italië), onlangs besloten om een kwantummechanisch systeem te herzien dat in het verleden zwaar is bestudeerd: de micromaser. Micromaser is een systeem waarbij een straal van atomen wordt gebruikt fotonen in een holte pompen. Simpel gezegd, een micromaser kan worden gezien als een configuratie die afspiegelt van het hierboven genoemde experimentele model van de kwantumbatterij: de energie wordt opgeslagen in het elektromagnetische veld, dat wordt opgeladen door een stroom van qubits die er achtereenvolgens mee interageren.
De IBS PCS-onderzoekers en hun medewerker toonden aan dat micromasers functies hebben waarmee ze kunnen dienen als uitstekende modellen van kwantumbatterijen. Een van de grootste zorgen bij het gebruik van een elektromagnetisch veld om energie op te slaan, is dat het elektromagnetische veld in principe een enorme hoeveelheid energie kan absorberen, mogelijk veel meer dan nodig is.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. doet sinds 1990 onderzoek naar en rapporteert over grenstechnologieën. Ze heeft haar Ph.D. van de Universiteit van Arizona.
