By Сандра Хелсель опубліковано 09 вересня 2022 р
Quantum News Briefs 9 вересня Почніть із пояснення того, як подрібнені пластикові пляшки можуть створювати наноалмази для квантових датчиків, а потім новий апаратно-незалежний метод квантової криптографії може забезпечити більш безпечне шифрування. Співдружність Массачусетсу надає грант на дослідження та розробки у розмірі 3.5 мільйона доларів США для нового квантового об’єкта Північно-Східного університету – третій і БІЛЬШЕ
З подрібнених пластикових пляшок можна створити наноалмази для квантових датчиків
Дослідницька група використала лазерні спалахи, щоб змоделювати внутрішність крижаних планет, стимулюючи новий процес виробництва мініатюрних алмазів, необхідних для квантових датчиків. Про дослідження та його наслідки повідомлялося в Інженерія та технології (E&T) і підсумовано тут.
Міжнародна команда, очолювана Гельмгольц-центром Дрезден-Россендорфа (HZDR), Університетом Ростока та французькою Політехнічною школою, провела новий експеримент, щоб визначити, що відбувається всередині крижаних планет, таких як Нептун і Уран.
Дослідники вистрілили лазером у тонку плівку простого ПЕТ-пластику та дослідили, що сталося, використовуючи інтенсивні лазерні спалахи. Одним з результатів було те, що дослідники змогли підтвердити, що це дійсно «дощові алмази» всередині крижаних гігантів на периферії нашої Сонячної системи.
Цей метод може створити новий спосіб виробництва наноалмазів, які необхідні, наприклад, для високочутливих квантових сенсорів. Група представила свої висновки в журналі Наука розвивається.
Умови в надрах крижаних планет-гігантів, таких як Нептун і Уран, екстремальні: температура досягає кількох тисяч градусів за Цельсієм, а тиск у мільйони разів вищий, ніж в атмосфері Землі. Тим не менш, подібні стани можна коротко змоделювати в лабораторії: потужні лазерні спалахи потрапляють на зразок плівкоподібного матеріалу, нагрівають його до 6,000 °C на мить ока та генерують ударну хвилю, яка стискає матеріал протягом кількох наносекунд. в мільйон разів перевищує атмосферний тиск.
Крижані гіганти містять не тільки вуглець і водень, але й величезну кількість кисню. У пошуках відповідного плівкового матеріалу група натрапила на повсякденну речовину: ПЕТ, смолу, з якої виготовляють звичайні пластикові пляшки. «ПЕТ має хороший баланс між вуглецем, воднем і киснем, щоб імітувати активність на крижаних планетах», — сказав Краус.
Експеримент також відкриває перспективи для технічного застосування: індивідуальне виробництво алмазів нанометрового розміру, які вже входять до складу абразивів і полірувальних засобів. У майбутньому прогнозується, що вони будуть використовуватися як високочутливі квантові датчики.
*****
Новий апаратно-незалежний метод квантової криптографії може забезпечити більш безпечне шифрування
Дослідники з Національного університету Сінгапуру (NUS) розробили новий протокол для апаратно-незалежного QKD або DIQKD. Quantum News Briefs підсумовує NewsDeal покриття нижче.
У випадку апаратно-незалежних QKD або DIQKD, криптографічний протокол не залежить від використовуваного пристрою. Для обміну квантовий механічні ключі, або світлові сигнали надсилаються до приймача передавачем, або використовуються заплутані квантові системи. Для генерації ключа використовуються два параметри вимірювання, а не один. «Завдяки введенню додаткових налаштувань для генерації ключів стає важче перехоплювати інформацію, і тому протокол може терпіти більше шуму та генерувати секретні ключі навіть для заплутаних станів нижчої якості», сказав Чарльз Лім з НУК. Лім також є одним з авторів дослідження.
У звичайних методах QKD безпека може бути гарантована, якщо використані квантові пристрої добре охарактеризовані. «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», — пояснив Тім ван Лент, один із провідних авторів.
Дослідники сподіваються, що їхній метод тепер допоможе генерувати секретні ключі за допомогою невідомих і ненадійних пристроїв. Зараз вони прагнуть розширити систему та включити кілька заплутаних пар атомів.
*****
Співдружність Массачусетсу надає грант на дослідження та розробки в розмірі 3.5 млн доларів США для нового квантового об’єкта Північно-Східного університету
Адміністрація Бейкер-Політо в штаті Массачусетс оголосила про новий грант у розмірі 3.5 мільйона доларів США для Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL), проекту вартістю майже 10 мільйонів доларів США для розвитку квантового зондування та пов’язаних із ним технологічних секторів у штаті. Quantum News Briefs ділиться ключовими моментами оголошення нижче.
Проект під керівництвом Північно-Східного регіону налагодить нові партнерства та залучить кілька поточних партнерів з академічними установами та промисловими партнерами. Метою є розробка квантових технологій наступного покоління, підвищення кваліфікації студентів і працівників із квантової інформаційної науки та інженерії, а також встановлення більшого партнерства між промисловістю та урядом навколо квантового зондування та пов’язаних технологій.
Нова нагорода від Програми співробітництва співробітництва з дослідженнями та розробкою Співдружності, якою керує Інноваційний інститут Массачусетської технологічної спільноти (MassTech), сприятиме розвитку квантової інформаційної науки, пріоритетної сфери діяльності Фонду досліджень і розробок. Цільові інвестиції мають потужний потенціал для короткострокових економічних наслідків, включаючи створення нових робочих місць і зростання доходів у галузевих партнерів, кілька з яких були присутні на оголошенні в середу.
Грант підтримає розробку нових ультрачутливих квантових датчиків кімнатної температури, обладнання, яке забезпечить життєво важливу та унікальну можливість у штаті. Зосереджуючись на сенсорах, які технічно менш вимогливі, ніж розробка цілих квантових комп’ютерів, Northeastern проводить дослідження, які забезпечують життєздатні шляхи комерціалізації протягом наступних двох-п’яти років.
Проект буде зосереджений на навчанні робочої сили, відповідаючи на зростаючу потребу в працівниках, які володіють знаннями квантової інформації. Дивіться повний випуск новин тут.
*****
Нові стабільні квантові батареї можуть надійно зберігати енергію в електромагнітних полях
Для роботи квантових технологій потрібна енергія. Це просте міркування змусило дослідників за останні десять років розвинути ідею квантових батарей, які є квантово-механічними системами, що використовуються як накопичувачі енергії. Нещодавно дослідники Центру теоретичної фізики складних систем (PCS) в рамках Інститут фундаментальних наук (IBS), Південна Корея змогла накласти жорсткі обмеження на можливу продуктивність зарядки квантової батареї. Зокрема, вони показали що колекція квантових акумуляторів може призвести до величезного покращення швидкості заряджання порівняно з класичним протоколом заряджання. Це відбувається завдяки квантовим ефектам, які дозволяють елементам квантових батарей заряджатися одночасно.
Незважаючи на ці теоретичні досягнення, експериментальних реалізацій квантових батарей все ще мало. Єдиний недавній помітний контрприклад використовував набір дворівневих систем (дуже схожих на щойно представлені кубіти) для зберігання енергії, причому енергія надається електромагнітним полем (лазером).
Враховуючи поточну ситуацію, очевидно, що надзвичайно важливо знайти нові та більш доступні квантові платформи, які можна використовувати як квантові батареї. Маючи на увазі цю мотивацію, дослідники з тієї ж команди IBS PCS, працюючи у співпраці з Джуліано Бененті (Університет Інсубрії, Італія), нещодавно вирішили переглянути квантово-механічну систему, яку інтенсивно вивчали в минулому: мікромазер. Мікромазер - це система, в якій використовується пучок атомів закачувати фотони в порожнину. Простіше кажучи, мікромазер можна розглядати як конфігурацію, подібну до експериментальної моделі квантової батареї, згаданої вище: енергія зберігається в електромагнітному полі, яке заряджається потоком кубітів, які послідовно з ним взаємодіють.
Дослідники IBS PCS та їх співробітники показали, що мікромазери мають особливості, які дозволяють їм служити чудовими моделями квантових батарей. Однією з головних проблем при спробі використання електромагнітного поля для зберігання енергії є те, що в принципі електромагнітне поле може поглинати величезну кількість енергії, потенційно набагато більше, ніж необхідно.
*****
Сандра К. Хелсел, доктор філософії досліджує передові технології та звітує про них з 1990 року. Вона має ступінь доктора філософії. з Університету Арізони.
