عالم الكم: النقل الآني وشبكات الطائرات بدون طيار والفخاخ الأيونية

على الرغم من الوباء، لم تتوقف التطورات في مجال الحوسبة الكمومية: عمالقة تكنولوجيا المعلومات العالميون

استثمار مبالغ ضخمة من المال في خلقالنظم البيئية الخاصة بها في هذا المجال، تواصل البلدان إنشاء مراكز لتطوير أجهزة الكمبيوتر الكمومية الخاصة بها - على سبيل المثال، تم إنشاء وادي الكم في ألمانيا، ويقوم العلماء بتطوير أنظمة جديدة يمكنها تسريع إنتاج أدوية جديدة أو التوسع بشكل كبير قدرات آلات الحوسبة الكلاسيكية.

البحث والتطوير

أسرع مولد رقم عشوائي

الأرقام العشوائية هي المفتاحالتشفير والنمذجة العددية. أعلن فريق من العلماء من مركز الكم الروسي ، مع زملاء من جامعة أكسفورد وكلية جولدسميث وجامعة برلين الحرة ، عن تطوير جهاز بصري فائق السرعة قادر على توليد تسلسل عشوائي مضمون بسرعة 8.05 جيجابايت في الثانية ، مما يجعله أسرع مولد رقم عشوائي حتى الآن. كانت النماذج الأولية التي تم إنشاؤها سابقًا لهذه الأجهزة ذات سرعة أقل بعدة أوامر من حيث الحجم.

التكنولوجيا المتقدمة يمكن أن تشكل الأساسإنتاج الأجهزة التجارية مع مجموعة واسعة من التطبيقات. وهكذا، طرحت سامسونج مؤخراً هاتفاً محمولاً مزوداً بمولد أرقام عشوائية كمومية، مما يشير إلى الطلب على هذه التقنية في السوق الشامل.

شبكة الكم القائمة على الطائرات بدون طيار

تم نقل الفوتونات المتشابكة بنجاح سابقًا إلىتبلغ المسافة أكثر من ألف كيلومتر بين المحطات الفضائية والأرضية ، ولكن الآن أظهر فريق من العلماء من جامعة نانجينغ أنه يمكن إنشاء اتصال آمن باستخدام معدات غير مكلفة إلى حد ما.

في هذه التجربة ، كانت الشبكة الكموميةنفذت باستخدام طائرتين بدون طيار في الهواء على مسافة 400 متر من بعضهما البعض وعلى مسافة 200 متر من محطات الاستقبال الأرضية الخاصة بهما. في المجموع ، مع الأخذ في الاعتبار ارتفاع رحلات الطائرات بدون طيار ، يبلغ طول قناة الاتصال الكمومية عبر الهواء حوالي كيلومتر واحد. كانت المحطات الأرضية لاستقبال الفوتونات مسلحة بتلسكوبات بفتحة 26 مم ومستقبلات أحادية الفوتون.

مثل هذا الحل سيسمح في أي مكان بسرعةنشر قنوات اتصال تشغيلية آمنة. للمضي قدمًا ، يخطط الفريق لزيادة حجم الشبكة باستخدام طائرات بدون طيار متعددة يمكنها نقل الرسائل أو البيانات المشفرة إلى جهاز كمبيوتر كمي عبر مسافات طويلة.

النقل الآني الكمي

يتكون فريق البحث منأظهر ممثلو الجامعات والشركات الأمريكية والكندية بقيادة Panayotis Spenzouris (مختبر Fermi National Accelerator Laboratory) انتقالًا ثابتًا للحالة الكمومية للكيوبت على مسافة 44 كيلومترًا.

النقل الآني الكمي ضروري للكثيرينتطبيقات المعلومات الكمومية، بما في ذلك ما يسمى بالإنترنت الكمومي. استخدمت تجربة فيرميلاب أجهزة استشعار تقليدية أحادية الفوتون وشبكات اتصالات مصنوعة من الألياف الضوئية.

دقة نقل الحالة الكمومية فيكانت التجربة 90٪ ، وهي قيمة عالية للغاية. في التجارب المستقبلية ، سيحقق العلماء رقمًا قياسيًا جديدًا لمسافة النقل الآني وعدد الكيوبتات المزدوجة من خلال ترقية النظام ، والذي تم التخطيط له في الربع الثاني من عام 2021. في المستقبل ، سيساعد هذا على أداء الحوسبة الكمية الموزعة مثل الكتلة ، ولكن بدون عنق الزجاجة في شكل قيود النطاق الترددي للشبكة.

جراحة شعرية

الطرق الحالية لتصحيح الخطأ الكمي معقدة بسبب حقيقة أن تنفيذها يتطلب مئات أو حتى الآلاف من الكيوبتات المادية المتصلة ببعضها البعض.

فريق جامعة انسبروك تحت القيادةأعلن البروفيسور راينر بلات لأول مرة عن إنشاء اثنين من الكيوبتات المنطقية المنفردة، المحمية من فقدان المعلومات الكمومية، وتحقيق اقترانها ونقل المعلومات المنطقية بينهما. وقد تم تحقيق ذلك في معالج كمي يعتمد على المصائد الأيونية، ويتكون من عشرة كيوبتات فيزيائية فقط، وباستخدام ما يسمى بالجراحة الشبكية. تسمح هذه التقنية بدمج أو فصل البتات الكمومية المنطقية عن طريق إجراء عمليات منطقية معينة على جزء من البتات الكمومية المادية التي تكمن وراءها.

الطريقة المستخدمة تتطلب أقل بكثيرالمزيد من العمليات لإنشاء تسلسل كيوبت أكثر من الأساليب التقليدية ، وإظهار مثل هذه العمليات - اللبنات الأساسية للحوسبة الكمومية - هو خطوة مهمة نحو التنفيذ العملي للحوسبة الكمية التي تتحمل الأخطاء.

صناعة الكم

المقارنات الجزيئية

تهتم صناعة الأدوية بشدة بظهور تقنيات جديدة لإنتاج الأدوية ، بما في ذلك استخدام النمذجة الجزيئية الكمومية والفحص.

شركة الأدوية الألمانية العملاقة Boehringerإنجلهايم، المعروفة بتطوراتها في تصميم الأدوية بمساعدة الكمبيوتر وفي نمذجة السيليكو، تعاونت مع جوجل في مجال الحوسبة الكمومية.

وشركة الأدوية السويسرية Rocheبدأ التعاون مع شركة Cambridge Quantum Computing البريطانية ، حيث سيتم استخدام طرق الحوسبة الكمومية لإيجاد طرق جديدة لعلاج الأمراض.

في وقت سابق أفادت الأنباء الأمريكيةتشارك شركة التكنولوجيا الحيوية Biogen مع شركة 1Qbit الناشئة في مشروع تجريبي يهدف إلى تسريع اكتشاف الأدوية باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية للمقارنات الجزيئية. باستخدام الفحص الكمي لأعداد كبيرة من الجزيئات ، تخطط لإيجاد أدوية فعالة جديدة للأمراض التنكسية العصبية مثل التصلب المتعدد ومرض الزهايمر ومرض باركنسون.

تدفقات متعددة الأطوار

قامت Aker BP (شركة كبيرة مستقلة للتنقيب عن النفط وإنتاجه في أوروبا - Hi-Tech) وCQC بإنشاء خوارزمية تعلم الآلة الكمومية لتصنيف التدفقات متعددة المراحل.

التدفقات متعددة المراحل في نقل خطوط الأنابيبتتطلب مراقبة وتتبع وتحليل وإدارة دقيقة إلى حد ما. تسمح الخوارزمية بتحليل التدفق الزمني متعدد الحدود ويتم تنفيذها على معالج كمي من شركة IBM.

تم اختبار المصنف على بيانات Akerلا تتطلب BP ، سوى عدد قليل من الكيوبتات لمطابقة أداء آلة متجه الدعم الكلاسيكية (SVM) مع نوى غير خطية. إنه أحد التطبيقات الأولى لحلول التعلم الآلي الكمومي في عصر NISQ في قطاع الطاقة.

قطع غيار BMW

بدأت شركة صناعة السيارات الألمانية تجربة لتحسين نظام الشراء والتوريد لمكونات الإنتاج باستخدام الكمبيوتر الكمي.

عادة ضمن دورة الإنتاجتدرس شركات صناعة السيارات مئات خيارات التوريد من مجموعة متنوعة من البائعين بأوقات تسليم متفاوتة وتكاليف قطع غيار مختلفة. يعد اختيار الدائرة المثلى مهمة حسابية شاقة. تخطط BMW لإجراء العمليات الحسابية الأولى على كمبيوتر Honeywell H0 ، ثم الانتقال لاحقًا إلى نظام H1 الأكثر قوة. من المفترض أن الميزة الحسابية على أنظمة الحوسبة الكلاسيكية ستتحقق في غضون عام ونصف إلى عامين.

وفي أكتوبر 2020، أعلنت شركة تصنيع سيارات كبرى أخرى، تويوتا، عن إطلاق مشروع مماثل لتحسين شبكتها اللوجستية.

كريوستات حل

رائدة في حل كريوستات التبريد ،أعلنت شركة Oxford Instruments NanoScience عن شراكة مع Oxford Quantum Circuits ، والتي ستكون الأولى في العالم التي تقبل تسليم الجيل التالي من نظام التبريد Proteox Cryofree®.

درجات الحرارة المنخفضة ضرورية للكشفالتأثيرات الكمومية الدقيقة المخفية بضوضاء الاهتزازات الحرارية ، لكن التبريد الفعال يظل مشكلة خطيرة في العديد من تطبيقات الأنظمة الكمومية.

ناظم البرد الجديد من شركة Oxford Instrumentsيوفر استقرارًا عاليًا للتحكم في درجة الحرارة في نطاق mK ويدعم عددًا كبيرًا من التوصيلات الكهربائية مما يسهل تكامل المعالجات الكمومية.

أجهزة الكمبيوتر الكمومية مع الفخاخ الأيونية

أعلنت شركة Startup IonQ عن تحالف مدته ثلاث سنوات معمركز دعم أبحاث المعلومات الكمومية (Q Center) هو منظمة مستقلة تأسست في جامعة سونجكيونكوان في كوريا الجنوبية لتشكيل نظام بيئي بحثي وطني في مجال علم المعلومات الكمومية.

التعاون سيخلق الكمأجهزة الكمبيوتر المزودة بمصائد أيون IonQ متاحة للباحثين والطلاب في كوريا الجنوبية. تعتبر IonQ أن سوق كوريا الجنوبية عالي التقنية مهم لتوسيع التكنولوجيا الخاصة بها.

بدأ برنامج الكم الوطني لكوريا الجنوبية في عام 2019 ويتوخى إنشاء معالج كمي بخمسة كيوبت في غضون خمس سنوات.

برامج الكم الوطنية

1.8 مليار يورو لصناعة الكم

وأعلنت فرنسا القرار رسميااستثمار 1.8 مليار يورو في تقنيات الكم. وبحسب الخطة التي قدمها الرئيس الفرنسي إيمانويل ماكرون، فمن المقرر أن يستمر الاستثمار لمدة خمس سنوات. وستزيد الحكومة الفرنسية تمويل الصناعة الكمومية من 60 مليون يورو حاليًا إلى 200 مليون يورو سنويًا. وسيأتي 200 مليون يورو أخرى من الاتحاد الأوروبي ومن المتوقع أن يأتي 550 مليون يورو من القطاع الخاص.

من هذه الصناديق:

• سيتم تخصيص حوالي 780 مليون يورو لإنشاء كمبيوتر كمي ؛
• 250 مليون يورو لأجهزة الاستشعار الكمومية ؛
• 150 مليون يورو لتشفير ما بعد الكم ؛
• 320 مليون يورو للاتصالات الكمومية ؛
• 300 مليون يورو للتكنولوجيات ذات الصلة مثل علم التبريد.

مع هذا الحجم من الاستثمار ، ستصبح فرنسا واحدة من الدول الرائدة في الاستثمار في التقنيات الكمية ، إلى جانب الولايات المتحدة والصين والهند وألمانيا.

مبادرة الكم البافارية

سيتم إنشاء ميونيخ كوانتوم في ألمانياالوادي، الذي ستخصص بافاريا لتشغيله ما مجموعه 300 مليون يورو. وفي وادي الكم، سيكون هناك مجمع تكنولوجي يضم غرفًا نظيفة مجهزة تجهيزًا جيدًا، وأنظمة لإنتاج المواد النانوية والأغشية الرقيقة، بالإضافة إلى مختبرات التطوير والاختبار.

ستكون المهام الرئيسية للوادي هي الإنشاءأجهزة الكمبيوتر الكمومية ، والمحاكيات الكمومية لإيجاد مواد جديدة ، والبحث في مجال القياس الكمي للقياسات عالية الدقة للمجالات الكهربائية أو المغناطيسية ، والتشفير الكمومي.

لاحظ أن ألمانيا لديها بالفعل الأكبرلدى الاتحاد الأوروبي برنامج وطني لتطوير تقنيات الكم. وفي يوليو 2020، أعلنت الحكومة الفيدرالية تمديدها للسنوات العشر القادمة بميزانية قدرها 2 مليار يورو بالإضافة إلى برنامج الكم العام للاتحاد الأوروبي.

نهج وحدات

عند إنشاء أجهزة الكمبيوتر الكمومية ، مفتاحهاعادةً ما يتم تصميم المكونات وتصنيعها بواسطة شركة واحدة ، وهو أمر مكلف للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً. لتسريع تطوير الكمبيوتر الكمومي الوطني ، وافقت العديد من الشركات الناشئة في هولندا على استخدام نهج معياري: ستركز الشركات المستقلة على تطوير عناصر معينة من الكمبيوتر الكمومي من أجل دمجها في نظام واحد في المستقبل.

تم إنشاء أعضاء الكونسورتيوم الجديد IMPAQTولهذا الغرض، أصبحت الشركات الناشئة Orange QS - موردًا للأنظمة الكمومية المتكاملة، وQblox - موردًا لمكدس التحكم الكمي، وDelft Circuits - مطورًا للمعدات الكمومية للمدخلات والمخرجات المبردة، وQu&Co - مطورًا للأنظمة الكمومية. الخوارزميات والبرمجيات.

بدأ عام 2021 للكم العالميتنشط المجتمعات قدر الإمكان: فقد زاد الاستثمار العام في التنمية ، وزاد عدد القضايا الصناعية والدراسات الدولية. يمكن العثور على النسخة الكاملة من الملخص على موقع الويب الخاص بمركز الكم الروسي.

انظر أيضا:

ابتكر الفيزيائيون نظيرًا للثقب الأسود وأكدوا نظرية هوكينغ. إلى أين تقود؟

الإجهاض والعلم: ماذا سيحدث للأطفال الذين سينجبون

يتم بناء محرك صاروخي نووي للرحلات الجوية إلى المريخ. كيف هي خطيرة؟