By Сандра Хелсель опубліковано 13 вересня 2022 р
Короткі новини Quantum сьогоднішній день відкривається «Поглядами під час візиту до лабораторій квантових досліджень IBM», а потім — апаратно-незалежним дослідженням QKD (DIQKD), яке зробить хакерство марним; і по-третє, звіт про дослідників, які розробляють ультратонкий пристрій «Metasurface» для квантових технологій ТА МІЖНОГО.
Відвідання лабораторій квантових досліджень IBM
Кевін Крюелл, співавтор Forbes, нещодавно відвідав лабораторію IBM Quantum Research Labs у Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк, і поспілкувався з Джеєм Гамбеттою, співробітником IBM та віце-президентом відділу квантових обчислень IBM Research та його командою, яка працює над розвитком квантових обчислень. Quantum News Briefs підсумовує ключові моменти нижче. Повне інтерв’ю та аналіз читайте тут.
Krewall відкривається таким поясненням:Мета дослідників IBM — зробити квантові обчислення максимально поширеними для вирішення унікальних проблем. Щоб зробити квантові системи більш доступними, вони повинні стати «хмарними» або «безсерверними», тобто стати хмарним ресурсом, який оплачується залежно від використання. У цю еру дезагрегованих центрів обробки даних Quantum може бути одним із спеціалізованих обчислювальних елементів, доступних для класичних комп’ютерів, подібно до графічних процесорів сьогодні».
Далі Krewall переглядає мету IBM у 1 мільйон кубітів: IBM Research слідує подібним шляхом, як і з класичними комп’ютерами: розміщувати більше та швидших кубітів на чіпі за допомогою кремнієвого масштабування; з'єднувати кілька квантових матриць як плитки; і створювати кластери квантових комп’ютерів, які працюють разом.
Хоча мета полягає в створенні систем із мільйонами необроблених кубітів для відмовостійких квантових обчислень, тим часом можна зробити багато роботи, щоб покращити продуктивність необроблених кубітів, щоб швидше виконувати більше роботи за допомогою квантового пом’якшення помилок. Щоб отримати кращі квантові результати за допомогою сучасних відносно шумних і короткочасних кубітів, потрібні деякі обхідні шляхи. Дослідження IBM розробили кілька методів зменшення помилок, які виявилися корисними.
Кінцева мета практичних квантових обчислень полягає в тому, щоб забезпечити перевагу над класичними обчисленнями для вирішення значних проблем у розумні терміни.
*****
Дослідники розробляють ультратонкий пристрій «Metasurface» для квантових технологій
Вчені в Sandia Національні лабораторії та Інститут науки про світло Макса Планка повідомили про пристрій, який міг би замінити цілу кімнату обладнання для з’єднання фотонів у химерний квантовий ефект, який називається заплутаністю. Цей пристрій — свого роду нанотехнічний матеріал, званий метаповерхнею — прокладає шлях для заплутування фотонів складними способами, які були неможливі за допомогою компактних технологій.
Дослідження революційного пристрою, який у сто разів тонший за аркуш паперу, проводилися, зокрема, на Центр інтегрованих нанотехнологій, користувальницький об’єкт Управління науки Міністерства енергетики, яким керують національні лабораторії Сандіа та Лос-Аламос. Команда Сандії отримала фінансування від Управління науки, програми фундаментальних енергетичних наук.
Нова метаповерхня діє як двері до цього незвичайного квантового явища. Певним чином це схоже на дзеркало в «Задзеркаллі» Льюїса Керрола, через яке юна героїня Аліса знайомиться з дивним, новим світом.
Замість того, щоб проходити через свій новий пристрій, вчені просвічують його лазером. Промінь світла проходить крізь ультратонкий зразок скла, покритий нанорозмірними структурами, виготовленими зі звичайного напівпровідникового матеріалу під назвою арсенід галію. «Він кодує всі оптичні поля», — сказав старший науковий співробітник Sandia Ігал Бренер, експерт у галузі нелінійної оптики, який очолював команду Sandia. Іноді, за його словами, пара заплутаних фотонів на різних довжинах хвиль виходить із зразка в тому ж напрямку, що й вхідний лазерний промінь.
У науковому документі описано, як команда успішно налаштувала свою метаповерхню для створення заплутаних фотонів із різними довжинами хвиль, що є критичним попередником для генерації кількох пар заплутаних фотонів одночасно.
*****
Приладно-незалежний QKD (DIQKD) зробить злом марним
Приладно-незалежний QKD (скорочено DIQKD) теоретично відомий з 1990-х років, але він лише зараз був експериментально реалізований міжнародною дослідницькою групою під керівництвом Мюнхенський університет Людвіга Максиміліана фізик Харальд Вайнфуртер і Чарльз Лім з Національний університет Сінгапуру (NUS). Пристрій не впливає на криптографічний протокол. Quantum News Briefs підсумовує та ділиться останнім звітом SciTechDaily.
За допомогою звичайних методів QKD безпека гарантується лише тоді, коли використовувані квантові пристрої охарактеризовані достатньо добре. «І тому користувачі таких протоколів повинні покладатися на специфікації, надані постачальниками QKD, і вірити, що пристрій не перейде в інший режим роботи під час розповсюдження ключів», — пояснює Тім ван Лент, один із чотирьох провідних авторів документ разом із Вей Чжаном і Каєм Редекером. Про те, що старі пристрої QKD можна було легко зламати ззовні, було відомо принаймні десять років, продовжує ван Лент.
У DIQKD тест використовується «спеціально для того, щоб переконатися, що на пристроях немає маніпуляцій – тобто, наприклад, що приховані результати вимірювань не були попередньо збережені в пристроях», пояснює Вайнфуртер.
«За допомогою нашого методу ми тепер можемо генерувати секретні ключі за допомогою нехарактеризованих і потенційно ненадійних пристроїв», — пояснює Вайнфуртер.
Одна з наступних цілей — розширити систему, включивши кілька заплутаних пар атомів. «Це дозволить створити набагато більше станів заплутаності, що збільшить швидкість передачі даних і, зрештою, захист ключів», — говорить ван Лент.
*****
Геополітичний порив у розвитку квантових технологій, як це видно з Індії
Сполучені Штати, Китай, Росія та Великобританія є глобальними гравці які мають перевагу в квантовій області. Намір країн розробити квантові комп’ютери став непереборним коефіцієнт посилення стратегічне лідерство у сфері кібербезпеки, розвідувальних операцій та економіки. Вед Шинде, студент політології та економіки коледжу Сент-Стівенс Делійського університету, Індія, є автором цього огляду глобального квантового розвитку в The Geopolitics.
Згадані вище нації мають відданий експоненціальні грошові ресурси на квантові дослідження та розробки. Зараз у Сполучених Штатах знаходиться найбільший у світі квантовий комп’ютер IBM Eagle. IBM також шукає домінувати в квантовому просторі за допомогою мегакомп’ютерного чіпа, який потенційно може обробляти понад 1.000 кубітів. Такі технологічні центри, як Google, Microsoft і IBM, є американськими компаніями, які дозволяють Сполученим Штатам утримувати сильну лідерську позицію в квантових обчисленнях.
Китай, Сполучені Штати та Велика Британія мають конкурентоспроможні національні плани залучення комп’ютерних талантів і досвіду. Наприклад, китайський мають свій «План тисячі талантів», який приковує очі у всьому світі. Пекін витрачає гроші, щоб заманити вчених і дослідників. Китай також має інвестицій у двох різних архітектурних шляхах для отримання обчислювальних переваг квантове верховенство. Ці шляхи — це вибірка бозонів Гауса на основі світла та вибірка випадкових квантових схем на основі електронів, яка також використовується в Eagle від IBM.
І Сполучені Штати, і Китай додатково наклали обмеження на внутрішні компанії, щоб обмежити технологічний обмін між собою. Це викликало запитання з різних сторін щодо геополітичної динаміки, що формує ланцюжки поставок квантових технологій. Через свою концентровану та капіталомістку природу ці ланцюги постачання знаходяться під контролем загроза геополітичного суперництва. Це посилюватиметься в міру розробки режимів інтелектуальної власності та глобальних стандартів для квантових технологій.
Франція, Німеччина, Австралія, Канада, Швейцарія, Австрія, Ізраїль, Нідерланди, Індія, Південна Корея, Сінгапур і Японія – це декілька інший націй, які також створили чітко визначені національні ініціативи в квантових технологіях.
Для такої країни, як Індія, квантові технології мають багато можливостей. Експерти зауважте, що квантове шифрування може захистити зв’язок, квантове моделювання може допомогти у дослідженні матеріалів для зелених технологій, а квантове зондування може допомогти у картографуванні впливу зміни клімату. Індія вже запустила Національну місію з квантових технологій і застосувань (NMQTA) із загальним бюджетом витрати вісім тисяч крор рупій і продемонструвала свій намір розробити ці технології.
*****
Сандра К. Хелсел, доктор філософії досліджує передові технології та звітує про них з 1990 року. Вона має ступінь доктора філософії. з Університету Арізони.
