Quantum News Briefs 13 september: Insikter från ett besök på IBMs Quantum Research Labs, Device-oberoende QKD (DIQKD) kommer att göra hacking meningslöst; Forskare utvecklar ultratunn "Metasurface"-enhet för kvantteknik och MER

Quantum News Briefs idag inleds med "Insikter från ett besök i IBMs kvantforskningslabb", följt av enhetsoberoende QKD (DIQKD) forskning som kommer att göra hacking meningslöst; och för det tredje en rapport om forskare som utvecklar ultratunn "Metasurface"-enhet för kvantteknik & MER.

Insikter från ett besök på IBM:s Quantum Research Labs

Kevin Krewell, en Forbes-bidragsgivare, besökte nyligen IBM:s Quantum Research Labs i Yorktown Heights, New York och pratade med Jay Gambetta, IBM Fellow och VP för Quantum Computing, IBM Research och hans team som arbetar för att främja kvantberäkningar. Quantum News Briefs sammanfattar nyckelpunkter nedan. Läs hela intervjun och analysen här.
Krewall inleder med denna förklaring, "Målet för IBM-forskarna är att göra kvantberäkningar så allmänt förekommande som möjligt för att lösa unika problem. För att göra kvantsystem mer tillgängliga måste de bli "molnbaserade" eller "serverlösa", eftersom de blir en molnresurs som debiteras baserat på användning. I den här eran av disaggregerade datacenter kan quantum vara ett av de specialiserade beräkningselementen som är tillgängliga för klassiska datorer, ungefär som GPU:er är idag."
Krewall granskar sedan IBM:s mål på 1 miljon qubits: IBM Research följer en liknande väg som den som tas med klassiska datorer: lägg fler och snabbare qubits på ett chip med hjälp av silikonskalning; sammankoppla flera kvantformar som brickor; och bygga kluster av kvantdatorer som arbetar tillsammans.
Även om målet är att bygga system med miljontals råa qubits för feltoleranta kvantberäkningar, finns det mycket arbete som kan göras under tiden för att förbättra prestandan för råa qubits för att göra mer arbete tidigare genom att använda kvantfelsreducering. För att få bättre kvantresultat med dagens relativt bullriga och kortlivade qubits krävs några lösningar. IBM Research har kommit med ett par felreducerande tekniker som har visat sig användbara.
Det slutliga målet för praktisk kvantberäkning är att ge en fördel jämfört med klassisk beräkning för att lösa betydande problem inom en rimlig tidsram.

*****

Forskare utvecklar ultratunn "Metasurface"-enhet för kvantteknik

Forskare på Sandia National Laboratories och Max Planck Institute for the Science of Light har rapporterat om en enhet som kan ersätta ett rum fullt av utrustning för att länka fotoner i en bisarr kvanteffekt som kallas intrassling. Den här enheten - ett slags nanokonstruerat material som kallas en metayta - banar väg för att intrassla in fotoner på komplexa sätt som inte har varit möjligt med kompakt teknik.
Forskning för den banbrytande enheten, som är hundra gånger tunnare än ett pappersark, utfördes delvis på Centrum för integrerad nanoteknik, en avdelning för energikontoret för vetenskapsanvändaranläggning som drivs av Sandia och Los Alamos nationella laboratorium. Sandias team fick finansiering från Office of Science, Basic Energy Sciences-programmet.
Den nya metaytan fungerar som en dörröppning till detta ovanliga kvantfenomen. På något sätt är det som spegeln i Lewis Carrols "Through the Looking-Glass", genom vilken den unga huvudpersonen Alice upplever en främmande, ny värld.
Istället för att gå igenom sin nya enhet lyser forskarna en laser genom den. Ljusstrålen passerar genom ett ultratunt prov av glas täckt av strukturer i nanoskala gjorda av ett vanligt halvledarmaterial som kallas galliumarsenid. "Det förvränger alla optiska fält", säger Sandias seniorforskare Igal Brener, expert på ett område som kallas olinjär optik som ledde Sandia-teamet. Ibland, sa han, kommer ett par intrasslade fotoner med olika våglängder fram från provet i samma riktning som den inkommande laserstrålen.
Science-dokumentet beskriver hur teamet framgångsrikt trimmade sin metayta för att producera intrasslade fotoner med varierande våglängder, en kritisk föregångare till att generera flera par av intrikat intrasslade fotoner samtidigt.

*****

Enhetsoberoende QKD (DIQKD) kommer att göra hackning meningslöst

Enhetsoberoende QKD (förkortat DIQKD) har varit teoretiskt känd sedan 1990-talet, men den har precis implementerats experimentellt av ett internationellt forskarlag under ledning av Ludwig Maximilian University of Munich fysikern Harald Weinfurter och Charles Lim från National University of Singapore (NUS). Det kryptografiska protokollet påverkas inte av enheten. Quantum News Briefs sammanfattar och delar den senaste rapporten från SciTechDaily.
Med konventionella QKD-metoder garanteras säkerhet endast när de använda kvantenheterna har karakteriserats tillräckligt väl. "Och så, användare av sådana protokoll måste förlita sig på de specifikationer som tillhandahålls av QKD-leverantörerna och lita på att enheten inte kommer att växla till ett annat driftläge under nyckeldistributionen", förklarar Tim van Leent, en av de fyra huvudförfattarna till papper tillsammans med Wei Zhang och Kai Redeker. Det har varit känt i minst ett decennium att äldre QKD-enheter lätt kan hackas utifrån, fortsätter van Leent.
I DIQKD används testet ”specifikt för att säkerställa att det inte sker några manipulationer vid enheterna – det vill säga att t.ex. dolda mätresultat inte har sparats i enheterna i förväg”, förklarar Weinfurter.
"Med vår metod kan vi nu generera hemliga nycklar med okarakteriserade och potentiellt opålitliga enheter", förklarar Weinfurter.
Ett av nästa mål är att utöka systemet till att inkludera flera intrasslade atompar. "Detta skulle tillåta många fler intrasslingstillstånd att genereras, vilket ökar datahastigheten och i slutändan nyckelsäkerheten", säger van Leent.

*****

Den geopolitiska brådskan att utveckla kvantteknologier sett från Indien

USA, Kina, Ryssland och Storbritannien är de globala spelare som har ett försprång inom kvantdomänen. Länders avsikt att utveckla kvantdatorer har blivit oemotståndlig få en strategisk ledning inom cybersäkerhet, underrättelseverksamhet och ekonomisk industri. Ved Shinde är en student i statsvetenskap och ekonomi vid St Stephens College, Delhi University, Indien är författare till denna översikt över global kvantutveckling i The Geopolitics.
De ovan nämnda nationerna har hängiven exponentiella monetära resurser mot kvantforskning och utveckling. För närvarande huserar USA världens största kvantdator, IBMs Eagle. IBM också Syftet att dominera kvantrymden med ett mega-datorchip som potentiellt skulle kunna bearbeta över 1.000 XNUMX qubits. Teknologiska kraftpaket som Google, Microsoft och IBM är alla amerikanska företag som tillåter USA att behålla ett starkt försprång inom kvantberäkning.
Kina, USA och Storbritannien har konkurrenskraftiga nationella planer för att attrahera datatalanger och expertis. Till exempel Kinesiska har sin "Thousand Talents Plan" som har förvandlat globala ögonglober. Peking spenderar pengar för att locka vetenskapsmän och forskare. Kina har också investerat i två olika arkitektoniska vägar för att få beräkningsmässiga fördelar i kvantöverlägsenhet. Dessa vägar är ljusbaserad Gaussisk bosonsampling och elektronbaserad slumpmässig kvantkretssampling, som också används i IBMs Eagle.
Både USA och Kina har ytterligare infört begränsningar för inhemska företag för att begränsa tekniskt utbyte med varandra. Detta har väckt frågor från olika håll kring geopolitisk dynamik som formar kvantteknologiska leveranskedjor. På grund av sin koncentrerade och kapitalintensiva natur ligger dessa leveranskedjor under hot av geopolitiska rivaliteter. Detta kommer att intensifieras i takt med att regimer för immateriella rättigheter och globala standarder för kvantteknik utvecklas.
Frankrike, Tyskland, Australien, Kanada, Schweiz, Österrike, Israel, Nederländerna, Indien, Sydkorea, Singapore och Japan är några andra nationer som också har skapat väldefinierade nationella initiativ inom kvantteknik.
För ett land som Indien har kvantteknologier flera möjligheter. Experter påpeka att kvantkryptering kan säkra kommunikation, kvantsimulering kan hjälpa till att utforska material för grön teknik och kvantavkänning kan hjälpa till att kartlägga effekterna av klimatförändringar. Indien har redan lanserat ett nationellt uppdrag för kvantteknologier och applikationer (NMQTA) med en total budget utlägg på åtta tusen crore rupier och har visat sin avsikt med att utveckla dessa teknologier.

*****

Sandra K. Helsel, Ph.D. har forskat och rapporterat om frontier-teknologier sedan 1990. Hon har sin Ph.D. från University of Arizona.