By Сандра Хелсел опубликовано 13 сент. 2022 г.
Сводки квантовых новостей Сегодняшний день начинается с «Итогов посещения квантовых исследовательских лабораторий IBM», за которыми следуют исследования аппаратно-независимого QKD (DIQKD), которые сделают взлом бесполезным; и третий отчет об исследователях, разрабатывающих ультратонкое устройство «Метаповерхность» для квантовых технологий и БОЛЬШЕ.
Результаты посещения лабораторий квантовых исследований IBM
Кевин Кревелл, сотрудник Forbes, недавно посетил лабораторию квантовых исследований IBM в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк, и поговорил с Джеем Гамбеттой, научным сотрудником IBM и вице-президентом по квантовым вычислениям в IBM Research, и его командой, работающей над развитием квантовых вычислений. Ниже кратко излагаются ключевые моменты Quantum News Briefs. Полную версию интервью и анализ читайте здесь.
Креволл начинает с такого объяснения: «Цель исследователей IBM — сделать квантовые вычисления максимально повсеместными для решения уникальных задач. Чтобы сделать квантовые системы более доступными, они должны стать «облачными» или «бессерверными», то есть стать облачными ресурсами, оплата взимается в зависимости от использования. В эпоху дезагрегированных центров обработки данных квантовые вычисления могут стать одним из специализированных вычислительных элементов, доступных классическим компьютерам, так же, как сегодня графические процессоры».
Затем Креволл рассматривает цель IBM в 1 миллион кубитов: IBM Research следует по тому же пути, что и в случае с классическими компьютерами: размещать на кристалле больше и более быстрых кубитов, используя кремниевое масштабирование; соединить несколько квантовых кубиков в виде плиток; и создавать кластеры квантовых компьютеров, работающих вместе.
Хотя цель состоит в том, чтобы создать системы с миллионами необработанных кубитов для отказоустойчивых квантовых вычислений, за это время можно проделать большую работу по повышению производительности необработанных кубитов, чтобы быстрее выполнять больше работы за счет уменьшения квантовых ошибок. Чтобы получить лучшие квантовые результаты с использованием сегодняшних относительно шумных и недолговечных кубитов, необходимы некоторые обходные пути. IBM Research разработала несколько методов устранения ошибок, которые оказались полезными.
Конечная цель практических квантовых вычислений — обеспечить преимущество перед классическими вычислениями для решения серьезных проблем в разумные сроки.
*****
Исследователи разрабатывают ультратонкое устройство «Metasurface» для квантовых технологий
Ученые Sandia Национальные лаборатории и Институт науки о свете Макса Планка сообщили об устройстве, которое могло бы заменить целую комнату оборудования для связывания фотонов в причудливом квантовом эффекте, называемом запутанностью. Это устройство — своего рода наноинженерный материал, называемый метаповерхностью, — открывает путь к запутанию фотонов сложными способами, которые были невозможны с помощью компактных технологий.
Исследования инновационного устройства, которое в сто раз тоньше листа бумаги, частично проводились в Центр комплексных нанотехнологий, пользовательский центр Управления науки Министерства энергетики, управляемый национальными лабораториями Сандии и Лос-Аламоса. Команда Сандиа получила финансирование от Управления науки по программе фундаментальных энергетических наук.
Новая метаповерхность служит дверью в это необычное квантовое явление. В некотором смысле это похоже на зеркало в «Зазеркалье» Льюиса Кэррола, через которое юная главная героиня Алиса знакомится с странным, новым миром.
Вместо того, чтобы проходить сквозь свое новое устройство, ученые светят через него лазером. Луч света проходит через ультратонкий образец стекла, покрытый наноразмерными структурами из обычного полупроводникового материала, называемого арсенидом галлия. «Он путает все оптические поля», — сказал старший научный сотрудник Сандии Игал Бренер, эксперт в области нелинейной оптики, возглавлявший команду Сандии. Иногда, по его словам, пара запутанных фотонов с разными длинами волн выходит из образца в том же направлении, что и падающий лазерный луч.
В научной статье описывается, как команда успешно настроила свою метаповерхность для создания запутанных фотонов с разными длинами волн, что является важным предшественником одновременной генерации нескольких пар сложно запутанных фотонов.
*****
Аппаратно-независимый QKD (DIQKD) сделает взлом бесполезным
Аппаратно-независимый QKD (сокращенно DIQKD) теоретически известен с 1990-х годов, но лишь недавно был экспериментально реализован международной исследовательской группой под руководством Университет Людвига Максимилиана, Мюнхен физик Харальд Вайнфуртер и Чарльз Лим из Национальный университет Сингапура (NUS). Устройство не влияет на криптографический протокол. Quantum News Briefs суммирует и публикует недавний отчет SciTechDaily.
При использовании традиционных методов КРК безопасность гарантируется только в том случае, если используемые квантовые устройства достаточно хорошо охарактеризованы. «И поэтому пользователи таких протоколов должны полагаться на спецификации, предоставленные поставщиками QKD, и верить, что устройство не переключится в другой рабочий режим во время распределения ключей», — объясняет Тим ван Леент, один из четырех ведущих авторов газету вместе с Вэй Чжаном и Каем Редекером. Уже как минимум десять лет известно, что старые устройства QKD можно легко взломать извне, продолжает ван Леент.
В DIQKD тест используется «специально для того, чтобы убедиться в отсутствии манипуляций с устройствами – то есть, например, в том, что скрытые результаты измерений не были сохранены в устройствах заранее», – объясняет Вайнфуртер.
«Благодаря нашему методу мы теперь можем генерировать секретные ключи с помощью неохарактеризованных и потенциально ненадежных устройств», — объясняет Вайнфуртер.
Одна из следующих целей — расширить систему, включив в нее несколько запутанных пар атомов. «Это позволит генерировать гораздо больше состояний запутанности, что увеличивает скорость передачи данных и, в конечном итоге, безопасность ключей», — говорит ван Леент.
*****
Геополитическая лихорадка в развитии квантовых технологий глазами Индии
США, Китай, Россия и Великобритания являются мировыми лидерами. игроки у которых есть преимущество в квантовой области. Намерение стран разработать квантовые компьютеры стало непреодолимым усиление стратегическое лидерство в области кибербезопасности, разведывательных операций и экономической промышленности. Вед Шинде — студент факультета политологии и экономики Колледжа Святого Стивенса Делийского университета, Индия, является автором обзора глобального квантового развития в журнале «Геополитика».
У упомянутых выше народов есть преданный экспоненциальные денежные ресурсы на квантовые исследования и разработки. В настоящее время в Соединенных Штатах находится самый большой в мире квантовый компьютер Eagle компании IBM. IBM также стремится доминировать в квантовом пространстве с помощью мегакомпьютерного чипа, который потенциально может обрабатывать более 1.000 кубитов. Технологические гиганты, такие как Google, Microsoft и IBM, — это американские компании, которые позволяют Соединенным Штатам сохранять сильное лидерство в области квантовых вычислений.
Китай, США и Великобритания имеют конкурентоспособные национальные планы по привлечению компьютерных талантов и опыта. Например, Китайские имеют свой «План тысячи талантов», который привлек внимание всего мира. Пекин тратит деньги, чтобы привлечь ученых и исследователей. Китай также имеет инвестиций двумя разными архитектурными путями для получения вычислительных преимуществ в квантовое превосходство. Этими путями являются выборка гауссовских бозонов на основе света и выборка случайных квантовых цепей на основе электронов, которая также используется в IBM Eagle.
И Соединенные Штаты, и Китай дополнительно ввели взаимные ограничения на отечественные компании, чтобы ограничить технологический обмен друг с другом. Это вызвало вопросы с разных сторон относительно геополитической динамики, формирующей цепочки поставок квантовых технологий. Из-за своей концентрированной и капиталоемкой природы эти цепочки поставок находятся под угроза геополитического соперничества. Это будет усиливаться по мере разработки режимов интеллектуальной собственности и глобальных стандартов квантовых технологий.
Франция, Германия, Австралия, Канада, Швейцария, Австрия, Израиль, Нидерланды, Индия, Южная Корея, Сингапур и Япония — вот лишь некоторые из них. другие нации, которые также создали четко определенные национальные инициативы в квантовых технологиях.
Для такой страны, как Индия, квантовые технологии открывают множество возможностей. Экспертов отметим, что квантовое шифрование может защитить связь, квантовое моделирование может помочь в изучении материалов для экологически чистых технологий, а квантовое зондирование может помочь в картировании последствий изменения климата. Индия уже запустила Национальную миссию по квантовым технологиям и приложениям (NMQTA) с общим бюджетным бюджетом. затраты стоимостью восемь тысяч крор рупий и продемонстрировала свое намерение в разработке этих технологий.
*****
Сандра К. Хелсел, доктор философии. занимается исследованиями и отчетами о передовых технологиях с 1990 года. У нее есть докторская степень. из Университета Аризоны.
