Trotz der Pandemie stoppten die Entwicklungen im Bereich Quantencomputing nicht: globale IT-Giganten
Forschung und Entwicklung
Schnellster Zufallszahlengenerator
Zufallszahlen sind der SchlüsselKryptographie und numerische Modellierung. Команда ученых из Российского квантового центра совместно с коллегами из Оксфордского университета, Голдсмитского колледжа и Свободного университета Берлина сообщает о разработке сверхбыстрого оптического устройства, способного генерировать гарантированно случайную последовательность со скоростью 8,05 Гб в секунду, что делает его самым быстрым генератором случайных чисел на сегодняшний der Tag. Zuvor erstellte Prototypen solcher Geräte hatten eine um mehrere Größenordnungen niedrigere Geschwindigkeit.
Die entwickelte Technologie kann die Basis bildenHerstellung von kommerziellen Geräten mit einem breiten Anwendungsspektrum. So hat Samsung kürzlich ein Mobiltelefon mit einem Quantenzufallszahlengenerator vorgestellt, was auf die Nachfrage nach dieser Technologie im Massenmarkt hinweist.
Drohnenbasiertes Quantennetzwerk
Verschränkte Photonen wurden zuvor erfolgreich auf übertragenDie Entfernung zwischen Satelliten- und Bodenstation beträgt mehr als tausend Kilometer, doch jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern der Universität Nanjing gezeigt, dass mit relativ kostengünstigen Geräten eine sichere Kommunikation hergestellt werden kann.
In diesem Experiment war das Quantennetzwerkumgesetzt mit Hilfe von zwei frei fliegenden Drohnen, die sich in 400 Metern Abstand voneinander und 200 Metern von ihren Bodenempfangsstationen in der Luft befinden. Insgesamt hatte der Quantenkommunikationskanal durch die Luft unter Berücksichtigung der Höhe der Drohnenflüge eine Gesamtlänge von etwa einem Kilometer. Bodenstationen zum Empfang von Photonen waren mit Teleskopen mit 26 mm Öffnung und Einzelphotonenempfängern ausgestattet.
Eine solche Lösung ermöglicht überall schnellBereitstellung sicherer operativer Kommunikationskanäle. In Zukunft plant das Team, das Netzwerk mit mehreren Drohnen zu vergrößern, die verschlüsselte Nachrichten oder Daten über große Entfernungen an einen Quantencomputer übertragen können.
Quantenteleportation
Forschungsteam bestehend ausVertreter amerikanischer und kanadischer Universitäten und Unternehmen unter der Leitung von Panayotis Spenzouris (Fermi National Accelerator Laboratory) demonstrierten eine stabile Übertragung des Quantenzustands eines Qubits über eine Distanz von 44 Kilometern.
Quantenteleportation ist für viele notwendigQuanteninformationsanwendungen, einschließlich des sogenannten Quanteninternets. Das Experiment von Fermilab nutzte herkömmliche Einzelphotonensensoren und faseroptische Telekommunikationsnetze.
Die Genauigkeit der Übertragung eines Quantenzustands inExperiment lag bei 90%, was als extrem hoher Wert angesehen wird. In zukünftigen Experimenten werden die Wissenschaftler durch eine für das zweite Quartal 2021 geplante Aufrüstung des Systems einen neuen Rekord für die Teleportationsentfernung und die Anzahl der gekoppelten Qubits aufstellen. In Zukunft wird dies dazu beitragen, verteiltes Quantencomputing wie Cluster durchzuführen, jedoch ohne Engpässe in Form von Einschränkungen der Netzwerkbandbreite.
Gitterchirurgie
Bestehende Methoden der Quantenfehlerkorrektur werden dadurch erschwert, dass ihre Umsetzung Hunderte oder sogar Tausende miteinander verbundener physikalischer Qubits erfordert.
Das Team der Universität Innsbruck unter der LeitungProfessor Rainer Blatt berichtete erstmals über die Schaffung zweier einzelner logischer Qubits, die vor dem Verlust von Quanteninformationen geschützt sind, ihre Kopplung erreichen und logische Informationen zwischen ihnen übertragen. Dies gelang in einem Quantenprozessor auf Basis von Ionenfallen, bestehend aus nur zehn physikalischen Qubits, und mithilfe der sogenannten Gitterchirurgie. Mit dieser Technik können logische Qubits kombiniert oder getrennt werden, indem bestimmte logische Operationen an einem Teil der ihnen zugrunde liegenden physischen Qubits ausgeführt werden.
Die verwendete Methode erfordert deutlich wenigermehr Operationen zum Erstellen von Qubit-Verkettungen als bei herkömmlichen Ansätzen, und die Demonstration solcher Operationen - grundlegende Bausteine für Quantencomputer - ist ein wichtiger Schritt in Richtung der praktischen Umsetzung des fehlertoleranten Quantencomputings.
Quantenindustrie
Molekulare Vergleiche
Die pharmazeutische Industrie ist äußerst interessiert an der Entstehung neuer Technologien zur Herstellung von Medikamenten, einschließlich der Verwendung von quantenmechanischer Modellierung und Screening.
Der deutsche Pharmariese BoehringerIngelheim, bekannt für seine Entwicklungen im computergestützten Arzneimitteldesign und in der In-Silico-Modellierung, hat sich im Bereich Quantencomputing mit Google zusammengetan.
Und der Schweizer Pharmakonzern Rochebeginnt eine Kooperation mit dem britischen Cambridge Quantum Computing, bei der mithilfe von Quantencomputing-Methoden neue Methoden zur Behandlung von Krankheiten gefunden werden sollen.
Zuvor wurde berichtet, dass der AmerikanerDas Biotech-Unternehmen Biogen arbeitet mit dem Startup 1Qbit an einem Pilotprojekt zusammen, das darauf abzielt, die Wirkstoffforschung durch den Einsatz von Quantencomputern für molekulare Vergleiche zu beschleunigen. Mit dem Quantenscreening einer großen Zahl von Molekülen will sie neue wirksame Medikamente gegen neurodegenerative Erkrankungen wie Multiple Sklerose, Alzheimer und Parkinson finden.
Mehrphasenströmungen
Aker BP (ein großes unabhängiges Ölexplorations- und -produktionsunternehmen in Europa – Hi-Tech) und CQC haben einen Quanten-Machine-Learning-Algorithmus zur Klassifizierung von Mehrphasenströmungen entwickelt.
Mehrphasenströmungen im Pipelinetransporterfordern eine ziemlich sorgfältige Überwachung, Verfolgung, Analyse und Verwaltung. Der Algorithmus ermöglicht eine polynomielle Zeitflussanalyse und ist auf einem IBM Quantenprozessor implementiert.
Klassifikator auf Aker-Daten getestetBP, benötigt nur wenige Qubits, um die Leistung einer klassischen Support Vector Machine (SVM) mit nichtlinearen Kerneln zu erreichen. Es ist eine der allerersten Anwendungen von Quanten-Machine-Learning-Lösungen aus der NISQ-Ära im Energiesektor.
Teile für BMW
Der deutsche Automobilhersteller hat ein Experiment gestartet, um das Beschaffungs- und Versorgungssystem für Produktionskomponenten mithilfe eines Quantencomputers zu optimieren.
Normalerweise innerhalb des ProduktionszyklusAutohersteller ziehen Hunderte von Lieferoptionen von einer Vielzahl von Anbietern mit unterschiedlichen Lieferzeiten und Ersatzteilkosten in Betracht. Die Auswahl der optimalen Schaltung ist eine entmutigende Rechenaufgabe. BMW will die ersten Berechnungen auf dem Honeywell H0-Rechner durchführen und später auf das leistungsstärkere H1-System umsteigen. Es wird davon ausgegangen, dass der Rechenvorteil gegenüber klassischen Rechensystemen in eineinhalb bis zwei Jahren erreicht wird.
Im Oktober 2020 kündigte ein weiterer großer Automobilhersteller, Toyota, den Start eines ähnlichen Projekts zur Optimierung seines Logistiknetzwerks an.
Auflösungskryostat
Pionier bei Auflösungskryostaten,Oxford Instruments NanoScience hat eine Partnerschaft mit Oxford Quantum Circuits bekannt gegeben, das als erstes Unternehmen weltweit die Lieferung des Proteox Cryofree®-Kühlsystems der nächsten Generation annehmen wird.
Niedrige Temperaturen sind notwendig, um zu erkennensubtile Quanteneffekte, die durch das Rauschen thermischer Schwingungen verborgen sind, aber eine effiziente Kühlung bleibt bei vielen Implementierungen von Quantensystemen ein ernstes Problem.
Neuer Auflösungskryostat von Oxford InstrumentsBietet eine hohe Stabilität der Temperaturregelung im mK-Bereich und unterstützt eine große Anzahl elektrischer Verbindungen, was die Integration von Quantenprozessoren erleichtert.
Quantencomputer mit Ionenfallen
Das Startup IonQ kündigte eine dreijährige Allianz mit anDas Quantum Information Research Support Center (Q Center) ist eine unabhängige Organisation, die an der Sungkyunkwan-Universität in Südkorea gegründet wurde, um ein nationales Forschungsökosystem im Bereich der Quanteninformationswissenschaft zu bilden.
Die Zusammenarbeit wird Quanten schaffenComputer mit IonQ-Ionenfallen für Forscher und Studenten in Südkorea. IonQ hält den südkoreanischen Hightech-Markt für wichtig für den Ausbau der eigenen Technologie.
Südkoreas nationales Quantenprogramm startete 2019 und sieht die Entwicklung eines Fünf-Qubit-Quantenprozessors innerhalb von fünf Jahren vor.
Nationale Quantenprogramme
1,8 Milliarden Euro für die Quantenindustrie
Frankreich gab die Entscheidung offiziell bekannt1,8 Milliarden Euro in Quantentechnologien investieren. Nach dem vom französischen Präsidenten Emmanuel Macron vorgelegten Plan ist die Investition auf fünf Jahre angelegt. Die französische Regierung wird die Förderung der Quantenindustrie von derzeit 60 Millionen Euro auf 200 Millionen Euro pro Jahr erhöhen. Weitere 200 Millionen Euro kommen von der Europäischen Union und 550 Millionen Euro werden von der Privatwirtschaft erwartet.
Von diesen Fonds:
- rund 780 Millionen Euro werden für die Entwicklung eines Quantencomputers bereitgestellt;
- 250 Mio. € für Quantensensoren;
- 150 Mio. € für Post-Quanten-Kryptographie;
- 320 Millionen Euro für Quantenkommunikation;
- 300 Millionen Euro für verwandte Technologien wie Kryotechnik.
Mit diesem Investitionsvolumen wird Frankreich neben den USA, China, Indien und Deutschland zu einem der führenden Länder, die in Quantentechnologien investieren.
Bayerische Quanteninitiative
Munich Quantum wird in Deutschland entstehenTal, für dessen Betrieb Bayern insgesamt 300 Millionen Euro bereitstellen wird. Im Quantum Valley wird es einen Technologiepark mit gut ausgestatteten Reinräumen, Anlagen zur Herstellung von Nano- und Dünnschichtmaterialien sowie Entwicklungs- und Testlaboren geben.
Die Hauptaufgaben des Tals werden es sein, zu schaffenQuantencomputer, Quantensimulatoren zum Auffinden neuer Materialien, Forschung auf dem Gebiet der Quantenmesstechnik für hochgenaue Messungen elektrischer oder magnetischer Felder und Quantenkryptographie.
Beachten Sie, dass Deutschland bereits das größte Land hatDie EU verfügt über ein nationales Programm zur Entwicklung von Quantentechnologien. Im Juli 2020 kündigte die Bundesregierung die Verlängerung um die nächsten 10 Jahre mit einem Budget von 2 Milliarden Euro zusätzlich zum allgemeinen EU-Quantenprogramm an.
Modularer Ansatz
Bei der Entwicklung von Quantencomputern ist ihr SchlüsselKomponenten werden in der Regel von einem Unternehmen entworfen und hergestellt, was recht kostspielig und zeitaufwändig ist. Um die Entwicklung eines nationalen Quantencomputers zu beschleunigen, haben sich mehrere Startups in den Niederlanden auf einen modularen Ansatz verständigt: Unabhängige Unternehmen werden sich darauf konzentrieren, bestimmte Elemente des Quantencomputers zu entwickeln, um sie in Zukunft in ein einziges System zu integrieren.
Mitglieder des neuen Konsortiums IMPAQT, gegründetZu diesem Zweck wurden die Startups Orange QS – ein Anbieter integrierter Quantensysteme, Qblox – ein Anbieter eines Quantenkontrollstapels, Delft Circuits – ein Entwickler von Quantengeräten für kryogene Eingabe/Ausgabe und Qu&Co – ein Entwickler von Quanten Algorithmen und Software.
2021 hat für das globale Quantum begonnenGemeinden sind so aktiv wie möglich: Die öffentlichen Investitionen in die Entwicklung sind gestiegen, die Zahl sowohl der Industriefälle als auch der internationalen Studien hat zugenommen. Die vollständige Version des Digests finden Sie auf der Website des Russian Quantum Center.
Siehe auch:
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