By Sandra Helsel đăng ngày 13 tháng 2022 năm XNUMX
Tóm tắt tin tức lượng tử hôm nay mở đầu bằng “Những hiểu biết sâu sắc từ chuyến thăm Phòng thí nghiệm nghiên cứu lượng tử của IBM”, tiếp theo là nghiên cứu QKD (DIQKD) độc lập với thiết bị sẽ khiến việc hack trở nên vô ích; và thứ ba là báo cáo về Các nhà nghiên cứu đang phát triển thiết bị 'Metasurface' siêu mỏng cho công nghệ lượng tử & NHIỀU HƠN NỮA.
Những hiểu biết sâu sắc từ chuyến thăm Phòng thí nghiệm nghiên cứu lượng tử của IBM
Kevin Krewell, cộng tác viên của Forbes, gần đây đã đến thăm Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Lượng tử của IBM ở Yorktown Heights, New York và nói chuyện với Jay Gambetta, Thành viên IBM và Phó Giám đốc Điện toán Lượng tử, IBM Research và nhóm của ông đang làm việc để thúc đẩy điện toán lượng tử. Bản tóm tắt tin tức lượng tử tóm tắt các điểm chính dưới đây. Đọc toàn bộ cuộc phỏng vấn và phân tích ở đây.
Krewall mở đầu bằng lời giải thích này, “Mục tiêu của các nhà nghiên cứu IBM là làm cho điện toán lượng tử trở nên phổ biến nhất có thể để giải quyết các vấn đề đặc biệt. Để làm cho các hệ thống lượng tử dễ tiếp cận hơn, chúng cần phải trở thành “dựa trên nền tảng đám mây” hoặc “không có máy chủ”, theo nghĩa chúng trở thành tài nguyên đám mây được tính phí dựa trên mức sử dụng. Trong thời đại của các trung tâm dữ liệu phân tán này, lượng tử có thể là một trong những yếu tố tính toán chuyên dụng dành cho máy tính cổ điển, giống như GPU ngày nay.”
Sau đó, Krewall xem xét mục tiêu 1 triệu qubit của IBM: Nghiên cứu của IBM đang đi theo con đường tương tự như con đường được thực hiện với máy tính cổ điển: đặt nhiều qubit hơn và nhanh hơn trên một con chip bằng cách sử dụng tỷ lệ silicon; kết nối nhiều khuôn lượng tử dưới dạng ô xếp; và xây dựng các cụm máy tính lượng tử hoạt động cùng nhau.
Mặc dù mục tiêu là xây dựng các hệ thống với hàng triệu qubit thô cho điện toán lượng tử có khả năng chịu lỗi, nhưng có rất nhiều việc có thể được thực hiện tạm thời để cải thiện hiệu suất của các qubit thô để thực hiện nhiều công việc sớm hơn bằng cách sử dụng giảm thiểu lỗi lượng tử. Để có được kết quả lượng tử tốt hơn bằng cách sử dụng các qubit tương đối ồn và tồn tại trong thời gian ngắn ngày nay, cần có một số cách giải quyết. IBM Research đã đưa ra một số kỹ thuật giảm thiểu lỗi tỏ ra hữu ích.
Mục tiêu cuối cùng của điện toán lượng tử thực tế là mang lại lợi thế so với điện toán cổ điển để giải quyết các vấn đề quan trọng trong khung thời gian hợp lý.
*****
Các nhà nghiên cứu phát triển thiết bị 'Metasurface' siêu mỏng cho công nghệ lượng tử
Các nhà khoa học tại Sandia Phòng thí nghiệm quốc gia và Viện Khoa học Ánh sáng Max Planck đã báo cáo về một thiết bị có thể thay thế hàng loạt thiết bị để liên kết các photon trong một hiệu ứng lượng tử kỳ lạ gọi là sự vướng víu. Thiết bị này – một loại vật liệu được chế tạo nano gọi là metasurface – mở đường cho việc vướng víu các photon theo những cách phức tạp mà các công nghệ nhỏ gọn không thể thực hiện được.
Nghiên cứu về thiết bị đột phá mỏng hơn một tờ giấy hàng trăm lần đã được thực hiện một phần tại Trung tâm công nghệ nano tích hợp, một cơ sở sử dụng của Văn phòng Khoa học thuộc Bộ Năng lượng do các phòng thí nghiệm quốc gia Sandia và Los Alamos điều hành. Nhóm của Sandia đã nhận được tài trợ từ Văn phòng Khoa học, chương trình Khoa học Năng lượng Cơ bản.
Metasurface mới hoạt động như một cánh cửa dẫn đến hiện tượng lượng tử bất thường này. Ở một khía cạnh nào đó, nó giống như tấm gương trong “Through the Looking-Glass” của Lewis Carrol, qua đó nhân vật chính trẻ tuổi Alice trải nghiệm một thế giới mới, kỳ lạ.
Thay vì đi qua thiết bị mới của họ, các nhà khoa học chiếu tia laser qua nó. Chùm ánh sáng đi qua một mẫu thủy tinh siêu mỏng được bao phủ trong các cấu trúc có kích thước nano làm từ vật liệu bán dẫn phổ biến gọi là gallium arsenide. Nhà khoa học cấp cao của Sandia, Igal Brener, một chuyên gia trong lĩnh vực gọi là quang học phi tuyến, người đứng đầu nhóm Sandia, cho biết: “Nó làm xáo trộn tất cả các trường quang học. Ông nói, thỉnh thoảng, một cặp photon vướng víu ở các bước sóng khác nhau phát ra từ mẫu theo cùng hướng với chùm tia laser tới.
Bài báo Khoa học phác thảo cách nhóm nghiên cứu điều chỉnh thành công siêu bề mặt của họ để tạo ra các photon vướng víu với các bước sóng khác nhau, tiền thân quan trọng để tạo ra đồng thời một số cặp photon vướng víu phức tạp.
*****
QKD độc lập với thiết bị (DIQKD) sẽ khiến việc hack trở nên vô ích
QKD độc lập với thiết bị (viết tắt DIQKD) đã được biết đến về mặt lý thuyết từ những năm 1990, nhưng nó chỉ mới được triển khai thử nghiệm bởi một nhóm nghiên cứu quốc tế đứng đầu là Đại học Ludwig Maximilian của Munich nhà vật lý Harald Weinfurter và Charles Lim từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS). Giao thức mật mã không bị ảnh hưởng bởi thiết bị. Bản tóm tắt tin tức lượng tử tóm tắt và chia sẻ báo cáo gần đây từ SciTechDaily.
Với các phương pháp QKD thông thường, tính bảo mật chỉ được đảm bảo khi các thiết bị lượng tử được sử dụng đã được mô tả đầy đủ. Tim van Leent, một trong bốn tác giả chính của nghiên cứu, giải thích: “Và do đó, người dùng các giao thức như vậy phải dựa vào các thông số kỹ thuật do nhà cung cấp QKD cung cấp và tin tưởng rằng thiết bị sẽ không chuyển sang chế độ hoạt động khác trong quá trình phân phối khóa”. giấy cùng với Wei Zhang và Kai Redeker. Van Leent cho biết trong ít nhất một thập kỷ rằng các thiết bị QKD cũ hơn có thể dễ dàng bị hack từ bên ngoài.
Weinfurter giải thích: Trong DIQKD, thử nghiệm được sử dụng “đặc biệt để đảm bảo rằng không có thao tác nào trên thiết bị - nghĩa là, chẳng hạn, các kết quả đo ẩn chưa được lưu trong thiết bị trước đó”.
Weinfurter giải thích: “Với phương pháp của chúng tôi, giờ đây chúng tôi có thể tạo ra các khóa bí mật bằng các thiết bị không bị xác định và có khả năng không đáng tin cậy”.
Một trong những mục tiêu tiếp theo là mở rộng hệ thống để kết hợp một số cặp nguyên tử vướng víu. van Leent cho biết: “Điều này sẽ cho phép tạo ra nhiều trạng thái vướng víu hơn, giúp tăng tốc độ dữ liệu và cuối cùng là tính bảo mật quan trọng”.
*****
Cuộc đua địa chính trị nhằm phát triển công nghệ lượng tử nhìn từ Ấn Độ
Hoa Kỳ, Trung Quốc, Nga và Anh là những quốc gia toàn cầu người chơi những người có khởi đầu thuận lợi trong lĩnh vực lượng tử. Ý định phát triển máy tính lượng tử của các nước đã trở nên không thể cưỡng lại được. thu được dẫn đầu chiến lược về an ninh mạng, hoạt động tình báo và ngành kinh tế. Ved Shinde là sinh viên Khoa học Chính trị và Kinh tế tại Đại học St Stephens, Đại học Delhi, Ấn Độ là tác giả của bài tổng quan về phát triển lượng tử toàn cầu này trên tạp chí The Geopolitics.
Các quốc gia nêu trên có hết lòng nguồn lực tiền tệ theo cấp số nhân cho nghiên cứu và phát triển lượng tử. Hiện tại, Hoa Kỳ sở hữu máy tính lượng tử lớn nhất thế giới, Eagle của IBM. IBM cũng tìm kiếm để thống trị không gian lượng tử bằng một con chip siêu máy tính có khả năng xử lý hơn 1.000 qubit. Các cường quốc công nghệ như Google, Microsoft và IBM đều là những công ty Mỹ cho phép Hoa Kỳ giữ được vị trí dẫn đầu mạnh mẽ về điện toán lượng tử.
Trung Quốc, Hoa Kỳ và Vương quốc Anh có các kế hoạch quốc gia mang tính cạnh tranh nhằm thu hút nhân tài và chuyên môn về máy tính. Ví dụ, Tiếng Hoa có “Kế hoạch Ngàn Nhân tài” đã thu hút sự chú ý của toàn cầu. Bắc Kinh đang vung tiền để thu hút các nhà khoa học và nhà nghiên cứu. Trung Quốc cũng có vốn đầu tư theo hai con đường kiến trúc khác nhau để đạt được lợi thế tính toán trong tối cao lượng tử. Những con đường này là lấy mẫu boson Gaussian dựa trên ánh sáng và lấy mẫu mạch lượng tử ngẫu nhiên dựa trên điện tử, cũng được sử dụng trong Eagle của IBM.
Cả Hoa Kỳ và Trung Quốc đều áp đặt thêm các hạn chế ăn miếng trả miếng đối với các công ty trong nước nhằm hạn chế trao đổi công nghệ với nhau. Điều này đã đặt ra câu hỏi từ các khu vực khác nhau xung quanh động lực địa chính trị hình thành chuỗi cung ứng công nghệ lượng tử. Do tính chất tập trung và thâm dụng vốn, các chuỗi cung ứng này nằm dưới sự quản lý của mối đe dọa của sự cạnh tranh địa chính trị. Điều này sẽ tăng cường khi các chế độ sở hữu trí tuệ và tiêu chuẩn toàn cầu về công nghệ lượng tử được phát triển.
Pháp, Đức, Úc, Canada, Thụy Sĩ, Áo, Israel, Hà Lan, Ấn Độ, Hàn Quốc, Singapore và Nhật Bản là một số ít khác các quốc gia cũng đã chế tạo sáng kiến quốc gia được xác định rõ ràng trong công nghệ lượng tử.
Đối với một quốc gia như Ấn Độ, công nghệ lượng tử có nhiều khả năng. Các Chuyên gia chỉ ra rằng mã hóa lượng tử có thể bảo mật thông tin liên lạc, mô phỏng lượng tử có thể hỗ trợ khám phá vật liệu cho công nghệ xanh và cảm biến lượng tử có thể giúp lập bản đồ tác động của biến đổi khí hậu. Ấn Độ đã khởi động Phái đoàn Quốc gia về Công nghệ và Ứng dụng Lượng tử (NMQTA) với tổng ngân sách ra ngoài trị giá XNUMX nghìn tỷ rupee và đã thể hiện ý định của mình trong việc phát triển các công nghệ này.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. đã nghiên cứu và báo cáo về các công nghệ biên giới từ năm 1990. Cô có bằng Tiến sĩ. từ Đại học Arizona.
