By Sandra Helsel objavljeno 13. septembra 2022
Quantum News Briefs današnji dan se začne z »Vpogledi z obiska IBM-ovih kvantnih raziskovalnih laboratorijev«, ki mu sledi raziskava QKD (DIQKD), neodvisna od naprave, zaradi katere bo hekanje postalo nesmiselno; in tretje poročilo o Raziskovalci razvijajo ultratanko napravo 'Metasurface' za kvantno tehnologijo & VEČ.
Vpogledi z obiska IBM-ovih laboratorijev Quantum Research Labs
Kevin Krewell, sodelavec Forbesa, je nedavno obiskal IBM-ov Quantum Research Labs v Yorktown Heights v New Yorku in se pogovarjal z Jayem Gambetto, IBM-ovim sodelavcem in podpredsednikom oddelka za kvantno računalništvo, IBM Research in njegovo ekipo, ki si prizadeva za napredek kvantnega računalništva. Quantum News Briefs povzema ključne točke spodaj. Celoten intervju in analizo preberite tukaj.
Krewall se začne s to razlago, "Cilj IBM-ovih raziskovalcev je narediti kvantno računalništvo čim bolj vseprisotno za reševanje edinstvenih problemov. Da bi kvantni sistemi postali bolj dostopni, morajo postati »izvorni v oblaku« ali »brez strežnika«, tako da postanejo vir v oblaku, ki se zaračunava glede na uporabo. V tej dobi razčlenjenih podatkovnih centrov je kvant lahko eden od specializiranih računalniških elementov, ki so na voljo klasičnim računalnikom, podobno kot so GPE danes.«
Krewall nato pregleda IBM-ov cilj 1 milijona kubitov: IBM Research sledi podobni poti, kot je bila ubrana s klasičnimi računalniki: s pomočjo silicijevega skaliranja na čip postavite več in hitrejših kubitov; med seboj povežite več kvantnih matric kot ploščice; in zgraditi skupine kvantnih računalnikov, ki delujejo skupaj.
Medtem ko je cilj zgraditi sisteme z milijoni neobdelanih kubitov za kvantno računalništvo, ki je odporno na napake, je v vmesnem času še veliko dela, da bi izboljšali zmogljivost neobdelanih kubitov, da bi z uporabo kvantnega zmanjševanja napak opravili več dela prej. Da bi dobili boljše kvantne rezultate z uporabo današnjih razmeroma hrupnih in kratkotrajnih kubitov, je potrebnih nekaj rešitev. IBM Research je pripravil nekaj tehnik za zmanjšanje napak, ki so se izkazale za uporabne.
Končni cilj praktičnega kvantnega računalništva je zagotoviti prednost pred klasičnim računalništvom za reševanje pomembnih problemov v razumnem časovnem okviru.
*****
Raziskovalci razvijajo ultratanko napravo 'Metasurface' za kvantno tehnologijo
Znanstveniki na Sandia Nacionalni laboratoriji in Inštitut Maxa Plancka za znanost o svetlobi so poročali o napravi, ki bi lahko nadomestila sobo, polno opreme za povezovanje fotonov v bizaren kvantni učinek, imenovan zapletanje. Ta naprava - nekakšen nano-inženirski material, imenovan metapovršina - utira pot za zapletanje fotonov na zapletene načine, ki s kompaktnimi tehnologijami niso bili mogoči.
Raziskave za prelomno napravo, ki je stokrat tanjša od lista papirja, so delno opravili na Center za integrirane nanotehnologije, uporabniški objekt Urada za znanost Ministrstva za energijo, ki ga upravljata nacionalna laboratorija Sandia in Los Alamos. Sandijina ekipa je prejela sredstva iz Urada za znanost, program Basic Energy Sciences.
Nova metapovršina deluje kot vrata do tega nenavadnega kvantnega pojava. Na nek način je kot ogledalo v filmu Lewisa Carrola »Skozi ogledalo«, skozi katerega mlada protagonistka Alice izkusi nenavaden, nov svet.
Namesto da bi se sprehodili skozi svojo novo napravo, znanstveniki skoznjo svetijo z laserjem. Svetlobni žarek prehaja skozi ultratanek vzorec stekla, prekrit z nanometrskimi strukturami iz običajnega polprevodniškega materiala, imenovanega galijev arzenid. "Premeša vsa optična polja," je povedal višji znanstvenik Sandia Igal Brener, strokovnjak na področju nelinearne optike, ki je vodil ekipo Sandia. Občasno, je dejal, par zapletenih fotonov na različnih valovnih dolžinah izhaja iz vzorca v isti smeri kot prihajajoči laserski žarek.
V znanstvenem dokumentu je opisano, kako je ekipa uspešno prilagodila svojo metapovršino za proizvodnjo zapletenih fotonov z različnimi valovnimi dolžinami, kar je kritična predhodnica za ustvarjanje več parov zapleteno zapletenih fotonov hkrati.
*****
Od naprave neodvisen QKD (DIQKD) bo hekanje naredil nesmiselno
Od naprave neodvisen QKD (skrajšano DIQKD) je teoretično znan že od devetdesetih let prejšnjega stoletja, vendar ga je mednarodna raziskovalna skupina pod vodstvom šele zdaj eksperimentalno uvedla. Univerza Ludwig Maximilian v Münchnu fizik Harald Weinfurter in Charles Lim iz Nacionalna univerza v Singapurju (NUS). Naprava ne vpliva na kriptografski protokol. Quantum News Briefs povzema in deli nedavno poročilo SciTechDaily.
Z običajnimi metodami QKD je varnost zagotovljena le, če so uporabljene kvantne naprave dovolj dobro karakterizirane. "Zato se morajo uporabniki takšnih protokolov zanesti na specifikacije, ki jih posredujejo ponudniki QKD, in zaupati, da naprava med distribucijo ključev ne bo preklopila v drug način delovanja," pojasnjuje Tim van Leent, eden od štirih vodilnih avtorjev papirju skupaj z Wei Zhangom in Kai Redekerjem. Že vsaj desetletje je znano, da bi starejše naprave QKD zlahka vdrli od zunaj, nadaljuje van Leent.
V DIQKD se test uporablja »posebej za zagotovitev, da na napravah ni nobenih manipulacij – to pomeni, da na primer skriti rezultati meritev niso bili predhodno shranjeni v napravah,« pojasnjuje Weinfurter.
"Z našo metodo lahko zdaj ustvarimo skrivne ključe z neobičajnimi in potencialno nezanesljivimi napravami," pojasnjuje Weinfurter.
Eden od naslednjih ciljev je razširiti sistem, da bi vključil več zapletenih atomskih parov. "To bi omogočilo ustvarjanje veliko več stanj zapletanja, kar poveča hitrost prenosa podatkov in na koncu ključno varnost," pravi van Leent.
*****
Geopolitična naglica za razvoj kvantnih tehnologij, kot jo vidimo iz Indije
Združene države Amerike, Kitajska, Rusija in Združeno kraljestvo so globalne igralci ki imajo prednost na kvantnem področju. Namera držav, da razvijejo kvantne računalnike, je postala neustavljiva dobiček strateško vodstvo na področju kibernetske varnosti, obveščevalnih operacij in gospodarske industrije. Ved Shinde je študent političnih znanosti in ekonomije na St Stephens College, Univerza v Delhiju, Indija, avtor tega pregleda globalnega kvantnega razvoja v The Geopolitics.
Zgoraj omenjeni narodi imajo predan eksponentna denarna sredstva za kvantne raziskave in razvoj. Trenutno je v ZDA največji kvantni računalnik na svetu, IBM-ov Eagle. IBM tudi išče za prevlado v kvantnem prostoru z mega-računalniškim čipom, ki bi potencialno lahko obdelal več kot 1.000 kubitov. Tehnološke elektrarne, kot so Google, Microsoft in IBM, so ameriška podjetja, ki Združenim državam omogočajo, da ohranijo močno vodilno vlogo na področju kvantnega računalništva.
Kitajska, Združene države in Združeno kraljestvo imajo konkurenčne nacionalne načrte za privabljanje računalniških talentov in strokovnega znanja. Na primer, Chinese imajo svoj »Načrt tisočerih talentov«, ki je pritegnil globalne oči. Peking razmetava denar, da bi pritegnil znanstvenike in raziskovalce. Tudi Kitajska ima investirali na dveh različnih arhitekturnih poteh za pridobivanje računalniških prednosti kvantna nadvlada. Te poti so vzorčenje Gaussovih bozonov na osnovi svetlobe in vzorčenje naključnih kvantnih vezij na podlagi elektronov, ki se uporablja tudi v IBM-ovem Eagleu.
Tako Združene države kot Kitajska sta domačim podjetjem dodatno uvedli medsebojne omejitve, da bi omejili medsebojno tehnološko izmenjavo. To je sprožilo vprašanja z različnih koncev o geopolitični dinamiki, ki oblikuje dobavne verige kvantne tehnologije. Zaradi svoje koncentrirane in kapitalsko intenzivne narave so te dobavne verige pod Grožnja geopolitičnih rivalstev. To se bo stopnjevalo z razvojem režimov intelektualne lastnine in globalnih standardov za kvantne tehnologije.
Francija, Nemčija, Avstralija, Kanada, Švica, Avstrija, Izrael, Nizozemska, Indija, Južna Koreja, Singapur in Japonska so nekatere druga narodi, ki so tudi izdelovali dobro opredeljene nacionalne pobude v kvantnih tehnologijah.
Za državo, kot je Indija, imajo kvantne tehnologije številne možnosti. Strokovnjaki poudarjajo, da lahko kvantno šifriranje zavaruje komunikacije, kvantna simulacija lahko pomaga pri raziskovanju materialov za zelene tehnologije in kvantno zaznavanje lahko pomaga pri načrtovanju vpliva podnebnih sprememb. Indija je že začela nacionalno misijo za kvantne tehnologije in aplikacije (NMQTA) s skupnim proračunom izdatki osem tisoč milijonov rupij in je dokazal svojo namero pri razvoju teh tehnologij.
*****
Sandra K. Helsel, dr. raziskuje in poroča o mejnih tehnologijah od leta 1990. Ima doktorat znanosti. z Univerze v Arizoni.
