By Sandra Helsel publicado em 13 de setembro de 2022
Resumos de notícias quânticas hoje abre com “Insights de uma visita aos laboratórios de pesquisa quântica da IBM”, seguido pela pesquisa QKD independente de dispositivo (DIQKD) que tornará o hacking inútil; e terceiro, um relatório sobre pesquisadores que desenvolvem dispositivo ultrafino 'Metasurface' para tecnologia quântica e MAIS.
Insights de uma visita aos laboratórios de pesquisa quântica da IBM
Kevin Krewell, colaborador da Forbes, visitou recentemente o Quantum Research Labs da IBM em Yorktown Heights, Nova York, e conversou com Jay Gambetta, IBM Fellow e VP de Computação Quântica, IBM Research e sua equipe que trabalha para o avanço da computação quântica. Quantum News Briefs resume os pontos principais abaixo. Leia a entrevista completa e análise aqui.
Krewall abre com esta explicação: “O objetivo dos pesquisadores da IBM é tornar a computação quântica o mais onipresente possível para resolver problemas únicos. Para tornar os sistemas quânticos mais acessíveis, eles precisam se tornar “nativos da nuvem” ou “sem servidor”, na medida em que se tornam um recurso da nuvem cobrado com base no uso. Nesta era de data centers desagregados, o quantum pode ser um dos elementos de computação especializados disponíveis para computadores clássicos, assim como as GPUs são hoje.”
Krewall então analisa a meta da IBM de 1 milhão de qubits: A IBM Research está seguindo um caminho semelhante ao seguido com computadores clássicos: colocar mais qubits e mais rápidos em um chip usando escala de silício; interconectar vários dados quânticos como blocos; e construir clusters de computadores quânticos trabalhando juntos.
Embora o objetivo seja construir sistemas com milhões de qubits brutos para computação quântica tolerante a falhas, há muito trabalho que pode ser feito nesse ínterim para melhorar o desempenho dos qubits brutos para fazer mais trabalho mais cedo usando a mitigação de erros quânticos. Para obter melhores resultados quânticos usando os qubits relativamente barulhentos e de curta duração de hoje, são necessárias algumas soluções alternativas. A IBM Research desenvolveu algumas técnicas de mitigação de erros que estão se mostrando úteis.
O objetivo final da computação quântica prática é fornecer uma vantagem sobre a computação clássica para resolver problemas significativos em um prazo razoável.
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Pesquisadores desenvolvem dispositivo ultrafino ‘Metasurface’ para tecnologia quântica
Cientistas em Sandia Laboratórios Nacionais e o Instituto Max Planck para a Ciência da Luz relataram um dispositivo que poderia substituir uma sala cheia de equipamentos para conectar fótons em um efeito quântico bizarro chamado emaranhamento. Este dispositivo – um tipo de material de nanoengenharia chamado metassuperfície – abre caminho para emaranhar fótons de maneiras complexas que não eram possíveis com tecnologias compactas.
A pesquisa para o dispositivo inovador, que é cem vezes mais fino que uma folha de papel, foi realizada, em parte, no Centro de Nanotecnologias Integradas, uma instalação de usuário do Departamento de Energia do Escritório de Ciência operada pelos laboratórios nacionais Sandia e Los Alamos. A equipe de Sandia recebeu financiamento do programa Office of Science, Basic Energy Sciences.
A nova metassuperfície atua como uma porta para esse fenômeno quântico incomum. De certa forma, é como o espelho de “Através do Espelho”, de Lewis Carrol, através do qual a jovem protagonista Alice experimenta um mundo novo e estranho.
Em vez de percorrer seu novo dispositivo, os cientistas direcionam um laser através dele. O feixe de luz passa através de uma amostra ultrafina de vidro coberta por estruturas em nanoescala feitas de um material semicondutor comum chamado arsenieto de gálio. “Isso embaralha todos os campos ópticos”, disse o cientista sênior da Sandia, Igal Brener, especialista em uma área chamada óptica não linear que liderou a equipe da Sandia. Ocasionalmente, disse ele, um par de fótons emaranhados em comprimentos de onda diferentes emerge da amostra na mesma direção do feixe de laser que chega.
O artigo da Science descreve como a equipe ajustou com sucesso sua metassuperfície para produzir fótons emaranhados com comprimentos de onda variados, um precursor crítico para gerar vários pares de fótons intrincadamente emaranhados simultaneamente.
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QKD independente de dispositivo (DIQKD) tornará o hacking inútil
O QKD independente de dispositivo (abreviado DIQKD) é teoricamente conhecido desde a década de 1990, mas só recentemente foi implementado experimentalmente por uma equipe de pesquisa internacional liderada por Universidade Ludwig Maximilian de Munique físico Harald Weinfurter e Charles Lim do Universidade Nacional de Singapura (NUS). O protocolo criptográfico não é afetado pelo dispositivo. Quantum News Briefs resume e compartilha relatórios recentes do SciTechDaily.
Com os métodos convencionais de QKD, a segurança só é garantida quando os dispositivos quânticos utilizados foram suficientemente bem caracterizados. “E assim, os usuários de tais protocolos têm que confiar nas especificações fornecidas pelos fornecedores de QKD e confiar que o dispositivo não mudará para outro modo operacional durante a distribuição da chave”, explica Tim van Leent, um dos quatro autores principais do artigo ao lado de Wei Zhang e Kai Redeker. Já se sabe há pelo menos uma década que dispositivos QKD mais antigos poderiam ser facilmente hackeados de fora, continua van Leent.
No DIQKD, o teste é usado “especificamente para garantir que não haja manipulações nos dispositivos – ou seja, por exemplo, que os resultados de medição ocultos não foram salvos previamente nos dispositivos”, explica Weinfurter.
“Com nosso método, agora podemos gerar chaves secretas com dispositivos não caracterizados e potencialmente não confiáveis”, explica Weinfurter.
Um dos próximos objetivos é expandir o sistema para incorporar vários pares de átomos emaranhados. “Isso permitiria a geração de muito mais estados de emaranhamento, o que aumentaria a taxa de dados e, em última análise, a segurança chave”, diz van Leent.
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A corrida geopolítica para desenvolver tecnologias quânticas vista na Índia
Os Estados Unidos, a China, a Rússia e o Reino Unido são os países globais players que têm uma vantagem inicial no domínio quântico. A intenção dos países de desenvolver computadores quânticos tornou-se irresistível para de ganho uma liderança estratégica em segurança cibernética, operações de inteligência e indústria econômica. Ved Shinde é estudante de Ciência Política e Economia no St Stephens College, Universidade de Delhi, Índia, e é o autor desta visão geral do desenvolvimento quântico global em The Geopolitics.
As nações mencionadas acima têm dedicado recursos monetários exponenciais para pesquisa e desenvolvimento quânticos. Atualmente, os Estados Unidos abrigam o maior computador quântico do mundo, o Eagle da IBM. A IBM também procura dominar o espaço quântico com um megachip de computador que poderia potencialmente processar mais de 1.000 qubits. Potências tecnológicas como Google, Microsoft e IBM são empresas americanas que permitem aos Estados Unidos manter uma forte liderança na computação quântica.
A China, os Estados Unidos e o Reino Unido têm planos nacionais competitivos para atrair talentos e conhecimentos especializados em informática. Por exemplo, o Chinês têm o seu “Plano dos Mil Talentos”, que tem paralisado os olhares globais. Pequim está a gastar dinheiro para atrair cientistas e investigadores. A China também investido em dois caminhos arquitetônicos diferentes para obter vantagens computacionais em supremacia quântica. Esses caminhos são amostragem de bóson gaussiano baseada em luz e amostragem de circuito quântico aleatório baseada em elétrons, que também é usada no Eagle da IBM.
Tanto os Estados Unidos como a China impuseram ainda mais restrições retaliatórias às empresas nacionais para limitar o intercâmbio tecnológico entre si. Isto levantou questões de diferentes quadrantes em torno da dinâmica geopolítica que molda as cadeias de abastecimento de tecnologia quântica. Devido à sua natureza concentrada e de capital intensivo, estas cadeias de abastecimento estão sob a ameaça de rivalidades geopolíticas. Isto irá intensificar-se à medida que os regimes de propriedade intelectual e os padrões globais para as tecnologias quânticas forem desenvolvidos.
França, Alemanha, Austrália, Canadá, Suíça, Áustria, Israel, Holanda, Índia, Coreia do Sul, Singapura e Japão são alguns de outros nações que também criaram iniciativas nacionais bem definidas em tecnologias quânticas.
Para um país como a Índia, as tecnologias quânticas oferecem múltiplas possibilidades. Especialistas salientam que a criptografia quântica pode proteger as comunicações, a simulação quântica pode ajudar na exploração de materiais para tecnologias verdes e a detecção quântica pode ajudar no mapeamento do impacto das mudanças climáticas. A Índia já lançou uma Missão Nacional sobre Tecnologias e Aplicações Quânticas (NMQTA) com um orçamento total desembolso de oito mil milhões de rúpias e demonstrou sua intenção em desenvolver essas tecnologias.
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Sandra K. Helsel, Ph.D. vem pesquisando e relatando sobre tecnologias de fronteira desde 1990. Ela tem seu Ph.D. da Universidade do Arizona.
