By Sandra Helsel postat 09 september 2022
Quantum News Briefs 9 september börja med en förklaring hur krossade plastflaskor kan skapa nanodiamanter för kvantsensorer följt av en ny enhetsoberoende kvantkrypteringsmetod kan ge säkrare kryptering. Commonwealth of Massachusetts delar ut 3.5 miljoner USD FoU-anslag för ny kvantanläggning vid Northeastern University är tredje och MER
Krossade plastflaskor kan skapa nanodiamanter för kvantsensorer
Ett forskarlag har använt laserblixtar för att simulera det inre av isplaneter, vilket stimulerar en ny process för att producera den typ av små diamanter som är nödvändiga för kvantsensorer. Forskningen och dess implikationer rapporterades i Teknik och teknik (E&T) och sammanfattas här.
Det internationella teamet, som leds av Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), universitetet i Rostock och Frankrikes École Polytechnique, genomförde ett nytt experiment för att fastställa vad som händer inuti isplaneter som Neptunus och Uranus.
Forskarna avfyrade en laser mot en tunn film av enkel PET-plast och undersökte vad som hände med hjälp av intensiva laserblixtar. Ett resultat var att forskarna kunde bekräfta att det verkligen "regnar diamanter" inne i isjättarna i periferin av vårt solsystem.
Denna metod skulle kunna etablera ett nytt sätt att producera nanodiamanter, som behövs till exempel för högkänsliga kvantsensorer. Gruppen har presenterat sina resultat i tidskriften Vetenskap Förskott.
Förhållandena i det inre av isiga jätteplaneter som Neptunus och Uranus är extrema: temperaturen når flera tusen grader Celsius och trycket är miljontals gånger högre än i jordens atmosfär. Icke desto mindre kan tillstånd som detta simuleras kort i labbet: kraftfulla laserblixtar träffar ett filmliknande materialprov, värmer upp det till 6,000 XNUMX°C för en ögonblick och genererar en stötvåg som komprimerar materialet under några nanosekunder till en miljon gånger atmosfärstrycket.
isjättar innehåller inte bara kol och väte utan också enorma mängder syre. När de letade efter lämpligt filmmaterial slog gruppen på ett vardagligt ämne: PET, det harts som vanliga plastflaskor tillverkas av. "PET har en bra balans mellan kol, väte och syre för att simulera aktiviteten på isplaneter," sa Kraus.
Experimentet öppnar också perspektiv för en teknisk tillämpning: skräddarsydd produktion av nanometerstora diamanter, som redan ingår i slipmedel och polermedel. I framtiden förutspås det att de kommer att användas som mycket känsliga kvantsensorer.
*****
Ny enhetsoberoende kvantkrypteringsmetod kan ge säkrare kryptering
Forskare vid National University of Singapore (NUS) har utvecklat ett nytt protokoll för enhetsoberoende QKD eller DIQKD. Quantum News Briefs sammanfattar NewsDeal täckning nedan.
I fallet med enhetsoberoende QKD eller DIQKD är det kryptografiska protokollet inte beroende av enheten som används. För utbyte av quantum mekaniska nycklar, antingen skickas ljussignaler till mottagaren av sändaren eller så används intrasslade kvantsystem. Två mätinställningar för nyckelgenerering används snarare än bara en. "Genom att introducera den extra inställningen för nyckelgenerering blir det svårare att fånga upp information, och därför kan protokollet tolerera mer brus och generera hemliga nycklar även för intrasslade tillstånd av lägre kvalitet." sade Charles Lim från NUS. Lim är också en av författarna till studien.
I konventionella QKD-metoder kan säkerhet garanteras när de använda kvantanordningarna har karakteriserats 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," förklarade Tim van Leent, en av huvudförfattarna.
Forskare hoppas att deras metod nu ska hjälpa till att generera hemliga nycklar med okarakteriserade och opålitliga enheter. De siktar nu på att utöka systemet och införliva flera intrasslade atompar.
*****
Commonwealth of Massachusetts delar ut 3.5 miljoner USD FoU-bidrag för ny kvantanläggning vid Northeastern University
Baker-Polito Administration i Massachusetts har tillkännagivit ett nytt anslag på 3.5 miljoner dollar till Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL), ett projekt på nästan 10 miljoner dollar för att främja de framväxande kvantavkännings- och relaterade teknologisektorerna i staten. Quantum News Briefs delar nyckelpunkterna i tillkännagivandet nedan.
Det nordöstra-ledda projektet kommer att etablera nya partnerskap och dra nytta av flera pågående sådana med akademiska institutioner och industripartners. Syftet är att utveckla nästa generations kvantteknologier, öka utbildningen i kvantinformationsvetenskap och teknik för studenter och arbetare, och etablera större partnerskap mellan industri och myndigheter kring kvantavkänning och relaterad teknologi.
Det nya priset, från Commonwealth's Collaborative Research and Development Matching Grant-program som förvaltas av Innovation Institute vid Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), kommer att främja kvantinformationsvetenskap, ett prioriterat fokusområde för FoU-fonden. Den riktade investeringen har stor potential för kortsiktiga ekonomiska effekter, inklusive skapandet av nya jobb och intäktsökning hos industripartners, av vilka flera deltog i onsdagens tillkännagivande.
Bidraget kommer att stödja utvecklingen av nya ultrakänsliga kvantsensorer för rumstemperatur, anläggningar som kommer att tillhandahålla en vital och unik kapacitet i staten. Genom att fokusera på sensorer, som är mindre tekniskt krävande än att utveckla hela kvantdatorer, bedriver Northeastern forskning som ger livskraftiga vägar till kommersialisering inom de kommande två till fem åren.
Projektet kommer att inkludera ett starkt fokus på utbildning av arbetskraft, vilket svarar mot det växande behovet av arbetare som är läskunniga inom kvantinformationsvetenskap. Se hela pressmeddelandet här.
*****
Nya stabila kvantbatterier kan på ett tillförlitligt sätt lagra energi i elektromagnetiska fält
Kvantteknik behöver energi för att fungera. Denna enkla övervägande har fått forskare att under de senaste tio åren utveckla idén om kvantbatterier, som är kvantmekaniska system som används som energilagringsenheter. Under den allra senaste tiden har forskare vid Centrum för teoretisk fysik av komplexa system (PCS) inom Institutet för grundvetenskap (IBS), Sydkorea har kunnat sätta snäva begränsningar på den möjliga laddningsprestandan för ett kvantbatteri. Specifikt, de visade att en samling kvantbatterier kan leda till en enorm förbättring av laddningshastigheten jämfört med ett klassiskt laddningsprotokoll. Detta tack vare kvanteffekter som gör att cellerna i kvantbatterier kan laddas samtidigt.
Trots dessa teoretiska landvinningar är de experimentella realiseringarna av kvantbatterier fortfarande knappa. Det enda nyligen anmärkningsvärt motexempel använde en samling tvånivåsystem (mycket lik de nyss introducerade qubits) för energilagringsändamål, där energin tillhandahålls av ett elektromagnetiskt fält (en laser).
Med den nuvarande situationen är det helt klart av yttersta vikt att hitta nya och mer tillgängliga kvantplattformar som kan användas som kvantbatterier. Med denna motivation i åtanke beslutade forskare från samma IBS PCS-team, som arbetar i samarbete med Giuliano Benenti (University of Insubria, Italien), nyligen att återbesöka ett kvantmekaniskt system som har studerats mycket tidigare: mikromasern. Micromaser är ett system där en stråle av atomer är vana vid pumpa in fotoner i en kavitet. Enkelt uttryckt kan en mikromaser ses som en konfiguration som är spegelbild av den experimentella modellen av kvantbatteri som nämns ovan: energin lagras i det elektromagnetiska fältet, som laddas av en ström av qubits som sekventiellt interagerar med den.
IBS PCS-forskarna och deras samarbetspartner visade att mikromasrar har funktioner som gör att de kan fungera som utmärkta modeller av kvantbatterier. En av de största problemen när man försöker använda ett elektromagnetiskt fält för att lagra energi är att det elektromagnetiska fältet i princip kan absorbera en enorm mängd energi, potentiellt mycket mer än vad som är nödvändigt.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. har forskat och rapporterat om frontier-teknologier sedan 1990. Hon har sin Ph.D. från University of Arizona.
