By ซานดรา เฮลเซล โพสต์เมื่อ 09 ก.ย. 2022
สรุปข่าวควอนตัม 9 กันยายน เริ่มต้นด้วยการอธิบายว่าขวดพลาสติกที่บดแล้วสามารถสร้างนาโนไดมอนด์สำหรับเซ็นเซอร์ควอนตัมได้อย่างไร ตามด้วยวิธีการเข้ารหัสควอนตัมที่ไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์แบบใหม่สามารถให้การเข้ารหัสที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นได้ Commonwealth of Massachusetts มอบทุนวิจัยและพัฒนามูลค่า 3.5 ล้านเหรียญสหรัฐ สำหรับโรงงานควอนตัมแห่งใหม่ของ Northeastern University เป็นอันดับสามและอีกมากมาย
ขวดพลาสติกที่บดแล้วสามารถสร้างเพชรนาโนสำหรับเซ็นเซอร์ควอนตัมได้
ทีมวิจัยได้ใช้แสงเลเซอร์เพื่อจำลองภายในของดาวเคราะห์น้ำแข็ง ทำให้เกิดกระบวนการใหม่ในการผลิตเพชรจิ๋วประเภทที่จำเป็นสำหรับเซ็นเซอร์ควอนตัม การวิจัยและผลที่ตามมาได้รับการรายงานใน วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี (E&T) และสรุปไว้ที่นี่
ทีมงานระหว่างประเทศซึ่งนำโดย Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) มหาวิทยาลัย Rostock และ École Polytechnique ของฝรั่งเศส ได้ทำการทดลองใหม่เพื่อระบุสิ่งที่เกิดขึ้นภายในดาวเคราะห์น้ำแข็ง เช่น ดาวเนปจูนและดาวยูเรนัส
นักวิจัยยิงเลเซอร์ไปที่ฟิล์มบางๆ ของพลาสติก PET ธรรมดา และตรวจสอบว่าเกิดอะไรขึ้นโดยใช้แสงเลเซอร์เข้มข้น ผลลัพธ์ประการหนึ่งก็คือ นักวิจัยสามารถยืนยันได้ว่ามี 'เพชรฝน' ภายในยักษ์น้ำแข็งที่บริเวณรอบนอกระบบสุริยะของเราจริงๆ
วิธีการนี้สามารถสร้างวิธีการใหม่ในการผลิตเพชรนาโนได้ ซึ่งจำเป็นสำหรับเซ็นเซอร์ควอนตัมที่มีความไวสูง เป็นต้น กลุ่มได้นำเสนอข้อค้นพบในวารสาร วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า.
สภาพภายในดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็ง เช่น ดาวเนปจูนและดาวยูเรนัสนั้นรุนแรงมาก โดยมีอุณหภูมิสูงถึงหลายพันองศาเซลเซียส และความกดอากาศสูงกว่าในชั้นบรรยากาศของโลกหลายล้านเท่า อย่างไรก็ตาม รัฐเช่นนี้สามารถจำลองได้ในช่วงสั้นๆ ในห้องปฏิบัติการ เช่น แสงเลเซอร์อันทรงพลังกระทบกับตัวอย่างวัสดุที่มีลักษณะคล้ายฟิล์ม ให้ความร้อนสูงถึง 6,000°C ในชั่วพริบตาเดียว และสร้างคลื่นกระแทกที่บีบอัดวัสดุเป็นเวลาสองสามนาโนวินาที มากกว่าความดันบรรยากาศถึงล้านเท่า
ยักษ์น้ำแข็งไม่เพียงแต่ประกอบด้วยคาร์บอนและไฮโดรเจนเท่านั้น แต่ยังมีออกซิเจนจำนวนมหาศาลอีกด้วย เมื่อค้นหาวัสดุฟิล์มที่เหมาะสม กลุ่มนี้เลือกใช้วัสดุในชีวิตประจำวัน: PET ซึ่งเป็นเรซินที่ใช้ทำขวดพลาสติกธรรมดา “PET มีความสมดุลที่ดีระหว่างคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เพื่อจำลองกิจกรรมบนดาวเคราะห์น้ำแข็ง” เคราส์กล่าว
การทดลองยังเปิดมุมมองสำหรับการใช้งานด้านเทคนิค เช่น การผลิตเพชรขนาดนาโนเมตรตามสั่ง ซึ่งรวมอยู่ในสารกัดกร่อนและสารขัดเงาแล้ว ในอนาคต คาดว่าจะถูกใช้เป็นเซ็นเซอร์ควอนตัมที่มีความไวสูง
*****
วิธีการเข้ารหัสควอนตัมที่ไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์แบบใหม่สามารถให้การเข้ารหัสที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติสิงคโปร์ (NUS) ได้พัฒนาโปรโตคอลใหม่สำหรับ QKD หรือ DIQKD ที่ไม่ขึ้นกับอุปกรณ์ บทสรุปข่าวควอนตัมสรุป ข่าวดีล ความคุ้มครองด้านล่าง
ในกรณีของ QKD หรือ DIQKD ที่ไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ โปรโตคอลการเข้ารหัสจะไม่ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ที่ใช้ สำหรับการแลกเปลี่ยนของ ควอนตัม ปุ่มเชิงกล สัญญาณแสงจะถูกส่งไปยังเครื่องรับโดยเครื่องส่งสัญญาณ หรือใช้ระบบควอนตัมที่พันกัน การตั้งค่าการวัดสองแบบสำหรับการสร้างคีย์ถูกนำมาใช้แทนที่จะใช้เพียงปุ่มเดียว “ด้วยการแนะนำการตั้งค่าเพิ่มเติมสำหรับการสร้างคีย์ มันจะยากขึ้นในการสกัดกั้นข้อมูล ดังนั้นโปรโตคอลจึงสามารถทนต่อสัญญาณรบกวนได้มากขึ้น และสร้างคีย์ลับได้แม้ในสถานะที่พันกันคุณภาพต่ำกว่า” กล่าวว่า ชาร์ลส์ ลิม จาก NUS Lim ก็เป็นหนึ่งในผู้เขียนงานวิจัยนี้ด้วย
ในวิธีการ QKD ทั่วไป สามารถรับประกันความปลอดภัยได้เมื่ออุปกรณ์ควอนตัมที่ใช้มีลักษณะเฉพาะที่ดี “ดังนั้น ผู้ใช้โปรโตคอลดังกล่าวจึงต้องพึ่งพาข้อกำหนดที่จัดทำโดยผู้ให้บริการ QKD และไว้วางใจว่าอุปกรณ์จะไม่เปลี่ยนเป็นโหมดการทำงานอื่นในระหว่างการแจกจ่ายคีย์” Tim van Leent หนึ่งในผู้เขียนหลักอธิบาย
นักวิจัยหวังว่าวิธีการของพวกเขาจะช่วยสร้างคีย์ลับด้วยอุปกรณ์ที่ไม่เคยมีมาก่อนและไม่น่าเชื่อถือ ขณะนี้พวกเขากำลังตั้งเป้าที่จะขยายระบบและรวมคู่อะตอมที่พันกันหลายคู่เข้าด้วยกัน
*****
Commonwealth of Massachusetts มอบทุนวิจัยและพัฒนามูลค่า 3.5 ล้านเหรียญสหรัฐสำหรับโรงงานควอนตัมแห่งใหม่ของ Northeastern University
Baker-Polito Administration ในรัฐแมสซาชูเซตส์ได้ประกาศมอบทุนใหม่ 3.5 ล้านดอลลาร์สำหรับ Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL) ซึ่งเป็นโครงการเกือบ 10 ล้านดอลลาร์เพื่อพัฒนาภาคส่วนเทคโนโลยีการตรวจจับควอนตัมและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องในรัฐให้ก้าวหน้า Quantum News Briefs แบ่งปันประเด็นสำคัญของการประกาศด้านล่างนี้
โครงการที่นำโดยภาคตะวันออกเฉียงเหนือจะสร้างความร่วมมือใหม่และใช้ประโยชน์จากความร่วมมืออย่างต่อเนื่องกับสถาบันการศึกษาและพันธมิตรในอุตสาหกรรม เป้าหมายคือเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัมยุคใหม่ ส่งเสริมการฝึกอบรมด้านวิทยาศาสตร์สารสนเทศและวิศวกรรมควอนตัมสำหรับนักศึกษาและพนักงาน และสร้างความร่วมมือที่มากขึ้นระหว่างภาคอุตสาหกรรมและรัฐบาลเกี่ยวกับการตรวจจับควอนตัมและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง
รางวัลใหม่นี้จากโครงการทุนสนับสนุนการวิจัยและการพัฒนาที่ร่วมมือของเครือจักรภพ ซึ่งจัดการโดยสถาบันนวัตกรรมที่ Massachusetts Technology Collaborative (MassTech) จะทำให้วิทยาการสารสนเทศควอนตัมก้าวหน้า ซึ่งเป็นประเด็นที่กองทุน R&D ให้ความสำคัญเป็นลำดับแรก การลงทุนตามเป้าหมายนี้มีศักยภาพสูงสำหรับผลกระทบทางเศรษฐกิจในระยะสั้น รวมถึงการสร้างงานใหม่และการเติบโตของรายได้ที่พันธมิตรในอุตสาหกรรม ซึ่งหลายแห่งเข้าร่วมการประกาศเมื่อวันพุธ
เงินช่วยเหลือดังกล่าวจะสนับสนุนการพัฒนาเซ็นเซอร์ควอนตัมอุณหภูมิห้องที่มีความไวสูงเป็นพิเศษ สิ่งอำนวยความสะดวกต่างๆ ที่จะมอบความสามารถที่สำคัญและเป็นเอกลักษณ์ในรัฐ ด้วยการมุ่งเน้นไปที่เซ็นเซอร์ ซึ่งมีความต้องการทางเทคนิคน้อยกว่าการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมทั้งหมด ทาง Northeastern กำลังดำเนินการวิจัยที่มอบแนวทางที่เป็นไปได้สู่การจำหน่ายเชิงพาณิชย์ภายในสองถึงห้าปีข้างหน้า
โครงการนี้จะเน้นไปที่การฝึกอบรมพนักงาน ซึ่งตอบสนองต่อความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับพนักงานที่มีความรู้ด้านวิทยาการสารสนเทศควอนตัม ดูข่าวประชาสัมพันธ์ฉบับเต็มได้ที่นี่
*****
แบตเตอรี่ควอนตัมเสถียรรุ่นใหม่สามารถกักเก็บพลังงานในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างน่าเชื่อถือ
เทคโนโลยีควอนตัมต้องใช้พลังงานในการทำงาน การพิจารณาง่ายๆ นี้ทำให้นักวิจัยในช่วง XNUMX ปีที่ผ่านมาพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับแบตเตอรี่ควอนตัม ซึ่งเป็นระบบกลไกควอนตัมที่ใช้เป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน ในอดีตที่ผ่านมา นักวิจัยจากศูนย์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีของระบบเชิงซ้อน (PCS) ภายใน สถาบันวิทยาศาสตร์พื้นฐาน (IBS) เกาหลีใต้สามารถวางข้อจำกัดที่เข้มงวดเกี่ยวกับประสิทธิภาพการชาร์จที่เป็นไปได้ของแบตเตอรี่ควอนตัม โดยเฉพาะ พวกเขาแสดงให้เห็น ว่าการสะสมแบตเตอรี่ควอนตัมสามารถนำไปสู่การปรับปรุงความเร็วในการชาร์จได้อย่างมาก เมื่อเทียบกับโปรโตคอลการชาร์จแบบดั้งเดิม ต้องขอบคุณเอฟเฟกต์ควอนตัมที่ทำให้เซลล์ในแบตเตอรี่ควอนตัมสามารถชาร์จได้พร้อมกัน
แม้จะมีความสำเร็จทางทฤษฎีเหล่านี้ แต่การทดลองแบตเตอรี่ควอนตัมยังไม่เพียงพอ เพียง ตัวอย่างการโต้แย้งที่โดดเด่นล่าสุด ใช้คอลเลกชันของระบบสองระดับ (คล้ายกับคิวบิตที่เพิ่งเปิดตัว) เพื่อวัตถุประสงค์ในการจัดเก็บพลังงาน โดยพลังงานที่ได้มาจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (เลเซอร์)
เมื่อพิจารณาจากสถานการณ์ปัจจุบัน การค้นหาแพลตฟอร์มควอนตัมใหม่ที่สามารถเข้าถึงได้มากขึ้นซึ่งสามารถใช้เป็นแบตเตอรี่ควอนตัมได้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งอย่างชัดเจน ด้วยแรงจูงใจนี้ นักวิจัยจากทีม IBS PCS เดียวกัน ซึ่งทำงานร่วมกับ Giuliano Benenti (มหาวิทยาลัย Insubria ประเทศอิตาลี) จึงตัดสินใจทบทวนระบบกลไกควอนตัมที่ได้รับการศึกษาอย่างหนักในอดีตอีกครั้ง นั่นคือไมโครเมเซอร์ Micromaser เป็นระบบที่ใช้ลำแสงอะตอม สูบโฟตอนเข้าไปในโพรง พูดง่ายๆ ก็คือ ไมโครเมเซอร์ถือได้ว่าเป็นการกำหนดค่าเฉพาะของแบบจำลองทดลองของแบตเตอรี่ควอนตัมที่กล่าวถึงข้างต้น โดยพลังงานจะถูกเก็บไว้ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งถูกชาร์จโดยกระแสคิวบิตที่โต้ตอบกับมันตามลำดับ
นักวิจัยของ IBS PCS และผู้ทำงานร่วมกันแสดงให้เห็นว่าไมโครเมเซอร์มีคุณสมบัติที่ช่วยให้สามารถใช้เป็นแบตเตอรี่ควอนตัมรุ่นที่ยอดเยี่ยมได้ ข้อกังวลหลักประการหนึ่งเมื่อพยายามใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อกักเก็บพลังงานก็คือ โดยหลักการแล้ว สนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถดูดซับพลังงานจำนวนมหาศาล ซึ่งอาจมากกว่าที่จำเป็นมาก
*****
แซนดรา เค. เฮลเซล, Ph.D. ได้ทำการวิจัยและรายงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีชายแดนมาตั้งแต่ปี 1990 เธอสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอก จากมหาวิทยาลัยแอริโซนา
