สรุปข่าวควอนตัม 13 กันยายน: ข้อมูลเชิงลึกจากการเยี่ยมชม Quantum Research Labs ของ IBM, QKD ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ (DIQKD) จะทำให้การแฮ็คไร้ผล นักวิจัยพัฒนาอุปกรณ์ 'Metasurface' บางเฉียบสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมและอีกมากมาย

บทสรุปข่าวควอนตัม วันนี้เปิดเรื่องด้วย “ข้อมูลเชิงลึกจากการเยี่ยมชมห้องปฏิบัติการวิจัยควอนตัมของไอบีเอ็ม” ตามด้วยการวิจัย QKD ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ (DIQKD) ซึ่งจะทำให้การแฮ็กไม่มีประโยชน์ และรายงานฉบับที่สามเกี่ยวกับนักวิจัยที่กำลังพัฒนาอุปกรณ์ 'Metasurface' แบบบางเฉียบสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมและอื่นๆ อีกมากมาย

ข้อมูลเชิงลึกจากการเยี่ยมชมห้องปฏิบัติการวิจัยควอนตัมของ IBM

Kevin Krewell ผู้ร่วมให้ข้อมูลของ Forbes เพิ่งเยี่ยมชม Quantum Research Labs ของ IBM ในยอร์กทาวน์ไฮท์ส นิวยอร์ก และพูดคุยกับ Jay Gambetta, IBM Fellow และรองประธานฝ่าย Quantum Computing, IBM Research และทีมงานของเขาที่ทำงานเพื่อพัฒนาการประมวลผลควอนตัม บทสรุปข่าวควอนตัมสรุปประเด็นสำคัญด้านล่าง อ่านบทสัมภาษณ์และบทวิเคราะห์ฉบับเต็มได้ที่นี่
Krewall เปิดด้วยคำอธิบายนี้ “เป้าหมายสำหรับนักวิจัยของไอบีเอ็มคือการทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมแพร่หลายมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อแก้ไขปัญหาเฉพาะ เพื่อให้ระบบควอนตัมเข้าถึงได้มากขึ้น ระบบจะต้องกลายเป็น "ระบบคลาวด์เนทีฟ" หรือ "ไร้เซิร์ฟเวอร์" โดยที่ระบบจะกลายเป็นทรัพยากรระบบคลาวด์ที่เรียกเก็บเงินตามการใช้งาน ในยุคของศูนย์ข้อมูลแบบแยกส่วนนี้ ควอนตัมอาจเป็นหนึ่งในองค์ประกอบการประมวลผลเฉพาะทางที่มีในคอมพิวเตอร์คลาสสิก เช่นเดียวกับ GPU ในปัจจุบัน”
จากนั้น Krewall จึงทบทวนเป้าหมายของ IBM ที่ต้องการสร้าง 1 ล้าน qubit โดยที่ IBM Research กำลังติดตามเส้นทางที่คล้ายกันกับที่ดำเนินการกับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก นั่นคือ ใส่ qubit มากขึ้นและเร็วขึ้นบนชิปโดยใช้การปรับขนาดซิลิคอน เชื่อมต่อควอนตัมหลายตัวเข้าด้วยกันเป็นกระเบื้อง และสร้างคลัสเตอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทำงานร่วมกัน
แม้ว่าเป้าหมายคือการสร้างระบบที่มีคิวบิตดิบหลายล้านคิวบิตสำหรับการประมวลผลควอนตัมที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด ยังมีงานที่สามารถทำได้อีกมากมายในระหว่างนี้ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของคิวบิตดิบเพื่อให้ทำงานได้มากขึ้นเร็วขึ้นโดยใช้การลดข้อผิดพลาดทางควอนตัม เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ควอนตัมที่ดีขึ้นโดยใช้คิวบิตที่ค่อนข้างดังและมีอายุสั้นในปัจจุบัน จำเป็นต้องมีวิธีแก้ปัญหาบางอย่าง IBM Research มีเทคนิคการลดข้อผิดพลาดสองสามข้อที่พิสูจน์แล้วว่ามีประโยชน์
เป้าหมายสูงสุดสำหรับการประมวลผลควอนตัมเชิงปฏิบัติคือการมอบความได้เปรียบเหนือการประมวลผลแบบคลาสสิกเพื่อแก้ไขปัญหาที่สำคัญในกรอบเวลาที่เหมาะสม

*****

นักวิจัยพัฒนาอุปกรณ์ 'Metasurface' บางเฉียบสำหรับเทคโนโลยีควอนตัม

นักวิทยาศาสตร์ที่ แตงโม ห้องปฏิบัติการแห่งชาติและ สถาบันมักซ์พลังค์เพื่อวิทยาศาสตร์แห่งแสง ได้รายงานเกี่ยวกับอุปกรณ์ที่สามารถแทนที่อุปกรณ์จำนวนมากเพื่อเชื่อมโยงโฟตอนในเอฟเฟกต์ควอนตัมที่แปลกประหลาดที่เรียกว่าพัวพัน อุปกรณ์นี้เป็นวัสดุนาโนวิศวกรรมชนิดหนึ่งที่เรียกว่า metasurface ปูทางไปสู่การพันโฟตอนด้วยวิธีที่ซับซ้อนซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีขนาดกะทัดรัด
การวิจัยสำหรับอุปกรณ์ที่ก้าวล้ำซึ่งบางกว่ากระดาษหนึ่งร้อยเท่าได้ดำเนินการในบางส่วนที่ ศูนย์รวมนาโนเทคโนโลยีซึ่งเป็นสถานที่ของผู้ใช้สำนักงานวิทยาศาสตร์ของกระทรวงพลังงาน ดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติของ Sandia และ Los Alamos ทีมงานของ Sandia ได้รับเงินทุนจากสำนักงานวิทยาศาสตร์ โครงการ Basic Energy Sciences
metasurface ใหม่ทำหน้าที่เป็นประตูสู่ปรากฏการณ์ควอนตัมที่ผิดปกตินี้ ในบางแง่ มันเหมือนกับกระจกในภาพยนตร์ของลูอิส คาร์โรลเรื่อง “Through the Looking-Glass” ซึ่งอลิซตัวละครเอกวัยเยาว์ได้สัมผัสกับโลกใหม่ที่แปลกประหลาด
แทนที่จะเดินผ่านอุปกรณ์ใหม่ นักวิทยาศาสตร์ฉายแสงเลเซอร์ผ่านอุปกรณ์ดังกล่าว ลำแสงส่องผ่านตัวอย่างกระจกบางเฉียบที่หุ้มด้วยโครงสร้างระดับนาโนที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปที่เรียกว่าแกลเลียมอาร์เซไนด์ Igal Brener นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของ Sandia ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญในสาขาที่เรียกว่า nonlinear optics ซึ่งเป็นผู้นำทีม Sandia กล่าวว่า "มันแย่งชิงสนามแสงทั้งหมด" เขากล่าวว่าในบางครั้ง โฟตอนที่พัวพันกันที่ความยาวคลื่นต่างกันจะโผล่ออกมาจากตัวอย่างในทิศทางเดียวกับลำแสงเลเซอร์ที่เข้ามา
บทความ Science สรุปวิธีที่ทีมประสบความสำเร็จในการปรับแต่ง metasurface เพื่อสร้างโฟตอนพันกันที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่สำคัญในการสร้างโฟตอนที่พันกันอย่างประณีตหลายคู่พร้อมกัน

*****

QKD ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ (DIQKD) จะทำให้การแฮ็กไร้ประโยชน์

QKD ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ (ตัวย่อ DIQKD) เป็นที่รู้จักในทางทฤษฎีมาตั้งแต่ปี 1990 แต่เพิ่งมีการทดลองโดยทีมวิจัยนานาชาติที่นำโดย Ludwig Maximilian University of Munich นักฟิสิกส์ Harald Weinfurter และ Charles Lim จาก มหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (NUS). โปรโตคอลการเข้ารหัสลับไม่ได้รับผลกระทบจากอุปกรณ์ Quantum News Briefs สรุปและแบ่งปันรายงานล่าสุดจาก SciTechDaily
ด้วยวิธี QKD แบบเดิม รับประกันความปลอดภัยเฉพาะเมื่ออุปกรณ์ควอนตัมที่ใช้มีลักษณะเฉพาะที่ดีเพียงพอเท่านั้น “ดังนั้น ผู้ใช้โปรโตคอลดังกล่าวจึงต้องพึ่งพาข้อกำหนดที่จัดทำโดยผู้ให้บริการ QKD และไว้วางใจว่าอุปกรณ์จะไม่เปลี่ยนเป็นโหมดการทำงานอื่นในระหว่างการแจกจ่ายคีย์” Tim van Leent หนึ่งในสี่ผู้เขียนหลักของ กระดาษร่วมกับ Wei Zhang และ Kai Redeker เป็นที่รู้กันมานานอย่างน้อยหนึ่งทศวรรษว่าอุปกรณ์ QKD รุ่นเก่าสามารถถูกแฮ็กจากภายนอกได้อย่างง่ายดาย Van Leent กล่าวต่อ
ใน DIQKD การทดสอบจะใช้ "โดยเฉพาะเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการดัดแปลงใดๆ ที่อุปกรณ์ กล่าวคือ ผลการวัดที่ซ่อนอยู่ไม่ได้รับการบันทึกไว้ในอุปกรณ์ล่วงหน้า" Weinfurter อธิบาย
“ด้วยวิธีการของเรา ตอนนี้เราสามารถสร้างคีย์ลับด้วยอุปกรณ์ที่ไม่เคยมีมาก่อนและอาจไม่น่าเชื่อถือได้” Weinfurter อธิบาย
เป้าหมายต่อไปประการหนึ่งคือการขยายระบบเพื่อรวมคู่อะตอมที่พันกันหลายคู่เข้าด้วยกัน “สิ่งนี้จะทำให้เกิดสภาวะที่พัวพันมากขึ้น ซึ่งจะเพิ่มอัตราข้อมูลและความปลอดภัยที่สำคัญในท้ายที่สุด” van Leent กล่าว

*****

ความเร่งรีบทางภูมิรัฐศาสตร์เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมดังที่เห็นได้จากอินเดีย

สหรัฐอเมริกา จีน รัสเซีย และสหราชอาณาจักรเป็นประเทศระดับโลก ผู้เล่น ผู้ที่มีจุดเริ่มต้นในโดเมนควอนตัม ความตั้งใจของประเทศต่างๆ ในการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมกลายเป็นเรื่องที่ไม่อาจต้านทานได้ ได้รับ ผู้นำเชิงกลยุทธ์ในด้านความมั่นคงปลอดภัยทางไซเบอร์ ปฏิบัติการข่าวกรอง และอุตสาหกรรมเศรษฐกิจ Ved Shinde เป็นนักศึกษาสาขารัฐศาสตร์และเศรษฐศาสตร์ที่วิทยาลัย St Stephens มหาวิทยาลัยเดลี ประเทศอินเดีย เป็นผู้เขียนภาพรวมของการพัฒนาควอนตัมระดับโลกใน The Geopolitics
ชาติที่กล่าวมาข้างต้นก็มี อุทิศ ทรัพยากรทางการเงินแบบทวีคูณสำหรับการวิจัยและพัฒนาควอนตัม ปัจจุบัน สหรัฐอเมริกาเป็นที่ตั้งของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใหญ่ที่สุดในโลก นั่นคือ Eagle ของ IBM ไอบีเอ็มอีกด้วย พยายาม เพื่อครองพื้นที่ควอนตัมด้วยชิปคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่ที่สามารถประมวลผลได้มากกว่า 1.000 คิวบิต ผู้ทรงอำนาจด้านเทคโนโลยีอย่าง Google, Microsoft และ IBM ล้วนแต่เป็นบริษัทอเมริกันที่ช่วยให้สหรัฐอเมริกาสามารถรักษาความเป็นผู้นำที่แข็งแกร่งในด้านการประมวลผลควอนตัมได้
จีน สหรัฐอเมริกา และสหราชอาณาจักรมีแผนการแข่งขันระดับประเทศเพื่อดึงดูดผู้มีความสามารถและความเชี่ยวชาญด้านคอมพิวเตอร์ ตัวอย่างเช่น ภาษาจีน มี "แผนความสามารถพิเศษนับพัน" ซึ่งดึงดูดสายตาทั่วโลก ปักกิ่งกำลังทุ่มเงินเพื่อล่อนักวิทยาศาสตร์และนักวิจัย จีนก็มี การลงทุน ในเส้นทางสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกันสองเส้นทางเพื่อให้ได้เปรียบทางคอมพิวเตอร์ อำนาจสูงสุดของควอนตัม. เส้นทางเหล่านี้คือการสุ่มตัวอย่างแบบเกาส์เซียนโบซอนโดยใช้แสงและการสุ่มตัวอย่างวงจรควอนตัมแบบสุ่มโดยใช้อิเล็กตรอน ซึ่งใช้ใน Eagle ของ IBM เช่นกัน
ทั้งสหรัฐอเมริกาและจีนยังได้บังคับใช้ข้อจำกัดแบบตีต่อกันกับบริษัทในประเทศเพื่อจำกัดการแลกเปลี่ยนทางเทคโนโลยีระหว่างกัน สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามจากไตรมาสต่างๆ เกี่ยวกับพลวัตทางภูมิรัฐศาสตร์ที่ส่งผลต่อห่วงโซ่อุปทานของเทคโนโลยีควอนตัม เนื่องจากมีลักษณะการกระจุกตัวและใช้เงินทุนจำนวนมาก ห่วงโซ่อุปทานเหล่านี้จึงอยู่ภายใต้ การคุกคาม ของการแข่งขันทางภูมิรัฐศาสตร์ สิ่งนี้จะเข้มข้นขึ้นเมื่อมีการพัฒนาระบบทรัพย์สินทางปัญญาและมาตรฐานระดับโลกสำหรับเทคโนโลยีควอนตัม
ฝรั่งเศส เยอรมนี ออสเตรเลีย แคนาดา สวิตเซอร์แลนด์ ออสเตรีย อิสราเอล เนเธอร์แลนด์ อินเดีย เกาหลีใต้ สิงคโปร์ และญี่ปุ่น เป็นเพียงบางส่วนเท่านั้น อื่น ๆ ประชาชาติที่ได้ประดิษฐ์ขึ้นมาด้วย ความคิดริเริ่มระดับชาติที่กำหนดไว้อย่างดี ในเทคโนโลยีควอนตัม
สำหรับประเทศอย่างอินเดีย เทคโนโลยีควอนตัมมีความเป็นไปได้หลายประการ ผู้เชี่ยวชาญ ชี้ให้เห็นว่าการเข้ารหัสควอนตัมสามารถรักษาความปลอดภัยการสื่อสารได้ การจำลองควอนตัมสามารถช่วยในการสำรวจวัสดุสำหรับเทคโนโลยีสีเขียว และการตรวจจับควอนตัมสามารถช่วยในการทำแผนที่ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ อินเดียได้เปิดตัวภารกิจระดับชาติด้านเทคโนโลยีควอนตัมและการประยุกต์ใช้งาน (NMQTA) ด้วยงบประมาณทั้งหมดแล้ว ค่าใช้จ่าย แปดพันล้านรูปี และได้แสดงให้เห็นถึงความตั้งใจในการพัฒนาเทคโนโลยีเหล่านี้

*****

แซนดรา เค. เฮลเซล, Ph.D. ได้ทำการวิจัยและรายงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีชายแดนมาตั้งแต่ปี 1990 เธอสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก จากมหาวิทยาลัยแอริโซนา