Quantum News Briefs 9. september: Knuste plastflasker kan lage nanodiamanter for kvantesensorer; Ny enhetsuavhengig kvantekrypteringsmetode kan gi sikrere kryptering; Commonwealth of Massachusetts tildeler 3.5 millioner dollar FoU-stipend for nye Northeastern University kvanteanlegg og MER

Quantum News Briefs 9. september Begynn med en forklaring på hvordan knuste plastflasker kan lage nanodiamanter for kvantesensorer etterfulgt av en ny enhetsuavhengig kvantekrypteringsmetode kan gi sikrere kryptering. Commonwealth of Massachusetts tildeler $3.5 millioner FoU-stipend for nye Northeastern University kvanteanlegg er tredje og MER

Knuste plastflasker kan lage nanodiamanter for kvantesensorer

Et forskerteam har brukt laserblits for å simulere det indre av isplaneter, noe som ansporer til en ny prosess for å produsere den typen miniscule diamanter som er essensielle for kvantesensorer. Forskningen og dens implikasjoner ble rapportert i Ingeniør og teknologi (E&T) og oppsummert her.
Det internasjonale teamet, ledet av Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Universitetet i Rostock og Frankrikes École Polytechnique, gjennomførte et nytt eksperiment for å finne ut hva som foregår inne i isplaneter som Neptun og Uranus.
Forskerne skjøt med laser mot en tynn film av enkel PET-plast og undersøkte hva som skjedde ved hjelp av intensive laserblink. Et resultat var at forskerne var i stand til å bekrefte at det virkelig "regner diamanter" inne i isgigantene i periferien av solsystemet vårt.
Denne metoden kan etablere en ny måte å produsere nanodiamanter på, som for eksempel trengs for høysensitive kvantesensorer. Gruppen har presentert sine funn i tidsskriftet Vitenskap Fremskritt.
Forholdene i det indre av iskalde gigantplaneter som Neptun og Uranus er ekstreme: temperaturene når flere tusen grader Celsius og trykket er millioner av ganger større enn i jordens atmosfære. Ikke desto mindre kan tilstander som dette simuleres kort i laboratoriet: kraftige laserblits treffer en filmlignende materialeprøve, varmer den opp til 6,000 °C for et øyeblikk og genererer en sjokkbølge som komprimerer materialet i noen få nanosekunder til en million ganger atmosfærisk trykk.
iskjemper inneholder ikke bare karbon og hydrogen, men også store mengder oksygen. Når de søkte etter passende filmmateriale, traff gruppen et dagligdags stoff: PET, harpiksen som vanlige plastflasker er laget av. "PET har en god balanse mellom karbon, hydrogen og oksygen for å simulere aktiviteten i isplaneter," sa Kraus.
Eksperimentet åpner også for perspektiver for en teknisk anvendelse: skreddersydd produksjon av nanometerstore diamanter, som allerede er inkludert i slipe- og poleringsmidler. I fremtiden er det spådd at de vil bli brukt som svært følsomme kvantesensorer.

*****

Ny enhetsuavhengig kvantekrypteringsmetode kan gi sikrere kryptering

Forskere ved National University of Singapore (NUS) har utviklet en ny protokoll for enhetsuavhengig QKD eller DIQKD. Quantum News Briefs oppsummerer NewsDeal dekning nedenfor.
Når det gjelder enhetsuavhengig QKD eller DIQKD, er den kryptografiske protokollen ikke avhengig av enheten som brukes. For utveksling av quantum mekaniske nøkler, enten sendes lyssignaler til mottakeren av senderen eller det brukes sammenfiltrede kvantesystemer. To måleinnstillinger for nøkkelgenerering brukes i stedet for bare én. "Ved å introdusere tilleggsinnstillingen for nøkkelgenerering, blir det vanskeligere å fange opp informasjon, og derfor kan protokollen tolerere mer støy og generere hemmelige nøkler selv for sammenfiltrede tilstander av lavere kvalitet," sa Charles Lim fra NUS. Lim er også en av forfatterne av studien.
I konvensjonelle QKD-metoder kan sikkerheten garanteres når kvanteenhetene som brukes har blitt karakterisert godt. "Og så brukere av slike protokoller må stole på spesifikasjonene levert av QKD-leverandørene og stole på at enheten ikke vil bytte til en annen driftsmodus under nøkkeldistribusjonen," forklarte Tim van Leent, en av hovedforfatterne.
Forskere håper at metoden deres nå vil bidra til å generere hemmelige nøkler med ukarakteriserte og upålitelige enheter. De tar nå sikte på å utvide systemet og inkludere flere sammenfiltrede atompar.

*****

Commonwealth of Massachusetts tildeler 3.5 millioner dollar FoU-stipend for nye Northeastern University kvanteanlegg

Baker-Polito-administrasjonen i Massachusetts har annonsert en ny bevilgning på 3.5 millioner dollar til Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL), et prosjekt på nesten 10 millioner dollar for å fremme de fremvoksende kvantesensing og relaterte teknologisektorer i staten. Quantum News Briefs deler nøkkelpunkter i kunngjøringen nedenfor.
Det Northeastern-ledede prosjektet vil etablere nye partnerskap og utnytte flere pågående med akademiske institusjoner og industripartnere. Målet er å utvikle neste generasjons kvanteteknologier, øke opplæringen i kvanteinformasjonsvitenskap og -teknikk for studenter og arbeidere, og etablere større partnerskap mellom industri og myndigheter rundt kvantesansing og relaterte teknologier.
Den nye prisen, fra Commonwealths Collaborative Research and Development Matching Grant-program administrert av Innovation Institute ved Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), vil fremme kvanteinformasjonsvitenskap, et prioritert fokusområde for FoU-fondet. Den målrettede investeringen har et sterkt potensial for økonomiske konsekvenser på kort sikt, inkludert etablering av nye arbeidsplasser og inntektsvekst hos industripartnere, hvorav flere deltok på onsdagens kunngjøring.
Tilskuddet vil støtte utviklingen av nye ultrasensitive, romtemperatur kvantesensorer, fasiliteter som vil gi en vital og unik evne i staten. Ved å fokusere på sensorer, som er mindre teknisk krevende enn å utvikle hele kvantedatamaskiner, gjennomfører Northeastern forskning som gir levedyktige veier til kommersialisering i løpet av de neste to til fem årene.
Prosjektet vil inkludere et sterkt fokus på opplæring av arbeidsstyrken, og svare på det økende behovet for arbeidere som er litterære innen kvanteinformasjonsvitenskap.  Se fullstendig nyhetsmelding her.

*****

Nye stabile kvantebatterier kan på en pålitelig måte lagre energi i elektromagnetiske felt

Kvanteteknologier trenger energi for å fungere. Denne enkle betraktningen har ført til at forskere de siste ti årene har utviklet ideen om kvantebatterier, som er kvantemekaniske systemer som brukes som energilagringsenheter. I den aller siste tiden har forskere ved Senter for teoretisk fysikk av komplekse systemer (PCS) innen Institutt for grunnleggende vitenskap (IBS), har Sør-Korea vært i stand til å sette stramme begrensninger på den mulige ladeytelsen til et kvantebatteri. Nærmere bestemt, viste de at en samling kvantebatterier kan føre til en enorm forbedring i ladehastighet sammenlignet med en klassisk ladeprotokoll. Dette er takket være kvanteeffekter, som gjør at cellene i kvantebatterier kan lades samtidig.
Til tross for disse teoretiske prestasjonene, er de eksperimentelle realiseringene av kvantebatterier fortsatt knappe. Den eneste nylig bemerkelsesverdig moteksempel brukte en samling av to-nivå systemer (svært lik qubitene som nettopp ble introdusert) for energilagringsformål, med energien som leveres av et elektromagnetisk felt (en laser).
Gitt dagens situasjon er det helt klart av ytterste viktighet å finne nye og mer tilgjengelige kvanteplattformer som kan brukes som kvantebatterier. Med denne motivasjonen i tankene, bestemte forskere fra det samme IBS PCS-teamet, i samarbeid med Giuliano Benenti (University of Insubria, Italia), nylig å se på et kvantemekanisk system som har blitt studert mye tidligere: mikromaseren. Micromaser er et system hvor en stråle av atomer er vant til pumpe fotoner inn i et hulrom. Enkelt sagt kan en mikromaser betraktes som en konfigurasjon spekulær for den eksperimentelle modellen av kvantebatteri nevnt ovenfor: energien lagres i det elektromagnetiske feltet, som lades av en strøm av qubits som sekvensielt samhandler med det.
IBS PCS-forskerne og deres samarbeidspartner viste at mikromasere har funksjoner som lar dem tjene som utmerkede modeller av kvantebatterier. En av hovedbekymringene når man prøver å bruke et elektromagnetisk felt til å lagre energi er at i prinsippet kan det elektromagnetiske feltet absorbere en enorm mengde energi, potensielt mye mer enn det som er nødvendig.

*****

Sandra K. Helsel, Ph.D. har forsket på og rapportert om frontier-teknologier siden 1990. Hun har sin Ph.D. fra University of Arizona.