By Sandra Helsel postat la 13 septembrie 2022
Știri Quantum Briefs astăzi se deschide cu „Insights from a Visit to IBM’s Quantum Research Labs”, urmată de cercetare QKD independentă de dispozitiv (DIQKD) care va face hackingul inutil; și al treilea un raport despre Cercetătorii care dezvoltă un dispozitiv ultrasubțire „Metasurface” pentru tehnologie cuantică și MAI MULT.
Perspective dintr-o vizită la laboratoarele de cercetare cuantică ale IBM
Kevin Krewell, un colaborator Forbes, a vizitat recent laboratoarele de cercetare cuantică ale IBM din Yorktown Heights, New York și a discutat cu Jay Gambetta, IBM Fellow și VP pentru Quantum Computing, IBM Research și echipa sa care lucrează pentru avansarea calculului cuantic. Quantum News Briefs rezumă mai jos punctele cheie. Citiți interviul complet și analiza aici.
Krewall deschide cu această explicație, „Scopul cercetătorilor IBM este de a face calculul cuantic cât mai omniprezent pentru a rezolva probleme unice. Pentru a face sistemele cuantice mai accesibile, ele trebuie să devină „native din cloud” sau „fără server”, în sensul că devin o resursă cloud taxată în funcție de utilizare. În această eră a centrelor de date dezagregate, cuantica poate fi unul dintre elementele de calcul specializate disponibile pentru computerele clasice, la fel ca GPU-urile de astăzi.”
Krewall revizuiește apoi obiectivul IBM de 1 milion de qubiți: IBM Research urmează o cale similară cu cea urmată cu computerele clasice: puneți mai mulți qubiți și mai rapidi pe un cip folosind scalarea cu siliciu; interconectați mai multe matrițe cuantice ca plăci; și construiți grupuri de computere cuantice care lucrează împreună.
Deși scopul este de a construi sisteme cu milioane de qubiți bruti pentru calcularea cuantică tolerantă la erori, există multă muncă care poate fi făcută între timp pentru a îmbunătăți performanța qubiților bruti pentru a lucra mai devreme prin utilizarea atenuării erorilor cuantice. Pentru a obține rezultate cuantice mai bune folosind qubiții de astăzi relativ zgomotoși și de scurtă durată necesită câteva soluții. IBM Research a venit cu câteva tehnici de atenuare a erorilor care se dovedesc utile.
Scopul final al calculului cuantic practic este de a oferi un avantaj față de calculul clasic pentru a rezolva probleme semnificative într-un interval de timp rezonabil.
*****
Cercetătorii dezvoltă un dispozitiv ultrasubțire „Metasurface” pentru tehnologia cuantică
Oamenii de știință de la Sandia Laboratoarele Naționale și Institutul Max Planck pentru Știința Luminii au raportat despre un dispozitiv care ar putea înlocui o cameră plină de echipamente pentru a lega fotonii într-un efect cuantic bizar numit întanglement. Acest dispozitiv – un fel de material nano-proiectat numit metasuprafață – deschide calea pentru încurcarea fotonilor în moduri complexe care nu au fost posibile cu tehnologiile compacte.
Cercetările pentru dispozitivul inovator, care este de o sută de ori mai subțire decât o foaie de hârtie, au fost efectuate, parțial, la Centrul pentru Nanotehnologii Integrate, o facilitate pentru utilizatori a Departamentului de Energie al Biroului de Știință, operată de laboratoarele naționale Sandia și Los Alamos. Echipa Sandiei a primit finanțare de la Office of Science, programul Basic Energy Sciences.
Noua metasuprafață acționează ca o poartă către acest fenomen cuantic neobișnuit. În unele privințe, este ca oglinda din „Through the Looking-Glass” de Lewis Carrol, prin care tânăra protagonista Alice experimentează o lume ciudată, nouă.
În loc să treacă prin noul lor dispozitiv, oamenii de știință trec cu laser prin el. Fasciculul de lumină trece printr-o probă ultrasubțire de sticlă acoperită cu structuri la scară nanometrică realizate dintr-un material semiconductor comun numit arseniură de galiu. „Se amestecă toate câmpurile optice”, a spus cercetătorul senior Sandia Igal Brener, un expert într-un domeniu numit optică neliniară, care a condus echipa Sandia. Ocazional, a spus el, o pereche de fotoni încâlciți la lungimi de undă diferite ies din probă în aceeași direcție cu fasciculul laser care vine.
Lucrarea Science subliniază modul în care echipa și-a reglat cu succes metasuprafața pentru a produce fotoni încâlciți cu lungimi de undă diferite, un precursor esențial pentru generarea simultană a mai multor perechi de fotoni complicati încâlciți.
*****
QKD independent de dispozitiv (DIQKD) va face hackingul inutil
QKD independent de dispozitiv (abreviat DIQKD) este cunoscut teoretic încă din anii 1990, dar abia a fost implementat experimental de o echipă internațională de cercetare condusă de Universitatea Ludwig Maximilian din München fizicianul Harald Weinfurter și Charles Lim de la Universitatea Națională din Singapore (NUS). Protocolul criptografic nu este afectat de dispozitiv. Quantum News Briefs rezumă și împărtășește raportul recent de la SciTechDaily.
Cu metodele QKD convenționale, securitatea este garantată numai atunci când dispozitivele cuantice utilizate au fost caracterizate suficient de bine. „Așadar, utilizatorii unor astfel de protocoale trebuie să se bazeze pe specificațiile furnizate de furnizorii QKD și să aibă încredere că dispozitivul nu va trece în alt mod de operare în timpul distribuției cheilor”, explică Tim van Leent, unul dintre cei patru autori principali ai documentului. hârtie alături de Wei Zhang și Kai Redeker. Se știe de cel puțin un deceniu că dispozitivele QKD mai vechi ar putea fi piratate cu ușurință din exterior, continuă van Leent.
În DIQKD, testul este utilizat „în mod specific pentru a se asigura că nu există manipulări la dispozitive – adică, de exemplu, că rezultatele măsurătorilor ascunse nu au fost salvate în prealabil în dispozitive”, explică Weinfurter.
„Cu metoda noastră, acum putem genera chei secrete cu dispozitive necaracterizate și potențial nedemne de încredere”, explică Weinfurter.
Unul dintre următoarele obiective este extinderea sistemului pentru a încorpora mai multe perechi de atomi încâlciți. „Acest lucru ar permite generarea multor mai multe stări de încurcare, ceea ce crește rata de date și, în cele din urmă, securitatea cheii”, spune van Leent.
*****
Graba geopolitică de a dezvolta tehnologii cuantice, așa cum se vede din India
Statele Unite, China, Rusia și Marea Britanie sunt cele globale jucători care au un avans în domeniul cuantic. Intenția țărilor de a dezvolta computere cuantice a devenit irezistibilă câştig un lider strategic în securitate cibernetică, operațiuni de informații și industria economică. Ved Shinde este student la Științe Politice și Economie la St Stephens College, Universitatea Delhi, India, este autorul acestei imagini de ansamblu asupra dezvoltării cuantice globale în Geopolitica.
Națiunile menționate mai sus au devotat resurse monetare exponențiale către cercetare și dezvoltare cuantică. În prezent, Statele Unite găzduiesc cel mai mare computer cuantic din lume, Eagle lui IBM. IBM, de asemenea urmăreşte pentru a domina spațiul cuantic cu un mega-cip de computer care ar putea procesa peste 1.000 de qubiți. Puterile tehnologice precum Google, Microsoft și IBM sunt toate companii americane care permit Statelor Unite să păstreze un lider puternic în calculul cuantic.
China, Statele Unite ale Americii și Marea Britanie au planuri naționale competitive pentru a atrage talent și expertiză în calcul. De exemplu, cel Chineză au „Planul cu o mie de talente” care a străbătut globii oculari la nivel mondial. Beijingul face bani pentru a atrage oamenii de știință și cercetătorii. China are, de asemenea investit în două căi arhitecturale diferite pentru a obține avantaje computaționale în supremația cuantică. Aceste căi sunt eșantionarea bosonilor Gaussian pe bază de lumină și eșantionarea circuitelor cuantice aleatoare bazată pe electroni, care este, de asemenea, utilizată în Eagle’s IBM.
Atât Statele Unite, cât și China au impus în continuare restricții „tit-for-tat” asupra companiilor naționale pentru a limita schimburile tehnologice între ele. Acest lucru a ridicat întrebări din diferite sfere cu privire la dinamica geopolitică care modelează lanțurile de aprovizionare cu tehnologie cuantică. Datorită naturii lor concentrate și intensive în capital, aceste lanțuri de aprovizionare se află sub amenințare a rivalităților geopolitice. Acest lucru se va intensifica pe măsură ce se dezvoltă regimurile de proprietate intelectuală și standardele globale pentru tehnologiile cuantice.
Franța, Germania, Australia, Canada, Elveția, Austria, Israel, Țările de Jos, India, Coreea de Sud, Singapore și Japonia sunt câteva alte națiunile care au lucrat și ele inițiative naționale bine definite în tehnologiile cuantice.
Pentru o țară precum India, tehnologiile cuantice dețin posibilități multiple. Experții subliniază că criptarea cuantică poate securiza comunicațiile, simularea cuantică poate ajuta la explorarea materialelor pentru tehnologii verzi, iar detecția cuantică poate ajuta la cartografierea impactului schimbărilor climatice. India a lansat deja o misiune națională privind tehnologiile și aplicațiile cuantice (NMQTA) cu un buget total cheltuieli de opt mii de crore de rupii și și-a demonstrat intenția în dezvoltarea acestor tehnologii.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. a cercetat și a raportat despre tehnologiile de frontieră din 1990. Ea are doctorat. de la Universitatea din Arizona.
