Forschung und Entwicklung
Australische Forscher haben einen ultraschnellen Lochspin entwickelt
Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung von Spin-Qubitsist der Verlust ihrer Kohärenz mit einer Zunahme der Arbeitsgeschwindigkeit. Eine neue Studie australischer Wissenschaftler (FLEET, CQC2T) in Zusammenarbeit mit Kollegen der University of British Columbia (Kanada) zeigt, dass ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Kohärenz erreicht werden kann, indem Löcher als Qubit verwendet werden, das sich wie positiv geladene Elektronen verhält. Loch-Qubits sind im Gegensatz zu elektronischen viel weniger unerwünschten fluktuierenden elektrischen Feldern ausgesetzt, die in jedem Material vorkommen. Darüber hinaus ist die „goldene Mitte“, in der das Loch-Qubit am wenigsten empfindlich auf solches Rauschen reagiert, auch der Punkt, an dem am schnellsten gearbeitet werden kann. Dieser Ansatz eröffnet die Möglichkeit, Qubits potenziell auf einen Mini-Quantencomputer basierend auf einem "Array" von Bits zu skalieren.
Stuttgarter Wissenschaftler stellten die Existenz von Quanten-Spin-Flüssigkeiten in Frage
Spinflüssigkeit ist ein sehr seltener Magnetein Aggregatzustand, bei dem die Spins im Gegensatz zu den meisten Materialien auch bei extrem niedrigen Temperaturen nicht geordnet sind, sondern kollektiv verschränkte Zustände bilden. Aus diesem Grund gelten Spinflüssigkeiten als vielversprechendes Medium, um einen topologischen (fehlerfreien) Quantencomputer zu bauen.
Bisher war die Existenz von Spinflüssigkeitennur durch indirekte Messungen und bestimmte theoretische Annahmen bestätigt. Wissenschaftler der Universität Stuttgart nutzten erstmals die Technik der Breitband-Spin-Resonanz-Spektroskopie, um den Ordnungsprozess in einer Spinflüssigkeit zu untersuchen und fanden heraus, dass bei sinkender Temperatur ein unerwarteter Prozess der Bildung räumlich getrennter Spinpaare stattfindet, der wahrscheinlich widerlegt die Ansichten über die grundlegenden Eigenschaften dieser exotischen Materieform.
Katzen-Qubits machten den Quantencomputer fehlertoleranter
Eine Gruppe von Amazonas-Wissenschaftlern unter der Leitung von FernandoBrandao hat ein neues Design für einen Quantencomputer entwickelt, der fehlertolerant ist. Sie verwendeten sogenannte Katzen-Qubits, also Qubits in einer Überlagerung kohärenter Zustände mit entgegengesetzten Phasen. Die Idee dahinter ist, dass, sobald ein solches Qubit stabilisiert ist, Bit-Flip-Fehler extrem selten werden und Phasen-Flip-Fehler häufiger auftreten. Und um sich vor Phasenumkehrfehlern zu schützen, können Sie eine aktive Fehlerkorrektur nutzen.
Forscher führten vollständige Simulationen durchRauschen, einschließlich einer eingehenden Untersuchung seltener Bit-Flip-Prozesse. Mit der in der Veröffentlichung vorgeschlagenen Architektur und aktiver Fehlerkorrektur wird mit nur neun Qubits des Datencodes ein logischer Fehler von 2,7 × 10-8 erreicht – eine Verbesserung von mehr als fünf Größenordnungen gegenüber vollständig ungeschützten Qubits.
Der neue Fehlerkorrekturcode ermöglicht Ihnen das Arbeiten in Umgebungen mit hohem Rauschen
Unter den vielen Fehlerkorrekturcodes gibt essogenannte Oberflächencodes. Um sie darzustellen, wird ein zweidimensionales Gitter verwendet, an dessen Kanten sich Qubits befinden. Einige von ihnen sind an Berechnungen beteiligt, und der andere Teil hilft, Fehler zu erkennen und zu korrigieren. Oberflächencodes werden beispielsweise von Google in seinen supraleitenden Geräten verwendet.
Forscher der University of Sydney unterDer Führung von Benjamin Brown gelang es, Code zu entwickeln, der doppelt so effizient war wie die bestehenden. Die Autoren testeten ihn auf kleinen Systemen und zeigten, dass der neue Code weniger zusätzliche physikalische Qubits zur Fehlerkorrektur benötigt und in einigen Fällen die theoretische Schätzung übertrifft. Aufgrund ihrer Robustheit gegenüber Rauschen sind die neuen Codes vielversprechend für Anwendungen in großen Systemen, wo sie deutlich weniger zusätzliche Qubits benötigen.
Nationale Quantenprogramme
Einführung inländischer Cloud-Plattformen für den Zugang zu Quantencomputern
Das Russische Quantenzentrum hat den Cloud-Zugriff eröffnetzum Quantencomputer-Emulator SimCIM, der klassische Algorithmen verwendet, die das Verhalten von Quantensystemen simulieren. Die Cloud-Plattform wird für die Lösung diskreter Optimierungsprobleme sowie für die Analyse der wirtschaftlichen Auswirkungen der Einführung von Quantencomputerarchitekturen nützlich sein.
Zukünftig wird die Plattform den Zugriff darauf ermöglichendie neuesten Quantencomputer, die im Rahmen der Umsetzung der Roadmap für Quantencomputing erstellt wurden, sowie Quantencomputer von internationalen Drittunternehmen. Für die Bequemlichkeit von Kundenunternehmen aus verschiedenen Branchen wurde eine Reihe vorgefertigter Anwendungen für Finanzoptimierung, Quantenchemie, Bioinformatik, Logistik usw. sowie eine Reihe von Tools zur vergleichenden Analyse von Algorithmen erstellt.
Die physische Basis für die zweite Plattform,Am Zentrum für Quantentechnologien der Moskauer Staatlichen Universität entwickelt, gibt es zwei Systeme: einen Quantenprozessor basierend auf neutralen Atomen in optischen Fallen und einen linear-optischen Quantencomputer. Derzeit stehen Anwendern klassische Simulatoren von Quantenprozessoren zur Verfügung, in naher Zukunft wird es möglich sein, auf einen echten optischen Chip zuzugreifen. Die Plattform ermöglicht es Ihnen, nahezu alle Quanten- und hybriden quantenklassischen Algorithmen zu implementieren und zu testen.
Das Canadian Institute hat einen Bericht über die nationalen Quantenstrategien von 46 Ländern veröffentlicht
Der 57-seitige Bericht enthält eine Analyse der bestehendenin der Welt der Quanteninitiativen. Je nach Entwicklungsstand der nationalen Programme werden die Länder in vier Kategorien eingeteilt: 17 Länder mit einer koordinierten Quantenstrategie (darunter Russland, USA, China, Deutschland, Frankreich), drei Länder mit einer sich entwickelnden Quantenstrategie (Kanada), 12 Länder ohne eine offiziell verabschiedete Strategie, aber mit einem erheblichen Anteil an Regierungsinitiativen im Quantenbereich (Australien, Dänemark, Finnland) und 14 Ländern, die an internationalen Programmen teilnehmen (baltische Länder, Türkei, Polen).
Zu den verschiedenen staatlichen Unterstützungsmaßnahmen gehören:Schaffung von Forschungszentren und F&E-Zentren, Wettbewerbe um staatliche Zuschüsse, Direktinvestitionen in Quantenprojekte und Risikofinanzierung. Den Autoren des Berichts zufolge wurden die meisten dieser Maßnahmen in Russland umgesetzt, mit Ausnahme der Organisation spezialisierter Förderwettbewerbe im Bereich der Quantenwissenschaft und -technologie.
Beste Universitäten in Quantencomputing genannt
Experten des Portals The Quantum Daily nannten die 12 besten Forschungsuniversitäten der Welt, die bei der Entwicklung von Quantencomputersystemen erfolgreich waren.
Darunter fünf amerikanische Universitäten undInstitute (Harvard, MIT, University of Maryland, Berkeley und Chicago) und je eines aus China (University of Science and Technology), Kanada (Waterloo), Singapur (Nanyang Technological University), Australien (Sydney), Deutschland (Ludwig und Maximilian in München) ) und Österreich (Innsbruck).
Kanadische Regierung investiert in sieben Jahren 288 Millionen US-Dollar in die Quantenforschung
Kanada ist weltweit führend inim Bereich der Quantenforschung und -entwicklung, die bei den Pro-Kopf-Ausgaben in diesem Bereich den ersten Platz unter den G7-Staaten einnimmt. Im Gegensatz zu anderen Ländern verfügt Kanada jedoch nicht über ein offiziell akzeptiertes Quantenprogramm.
Im Rahmen von Maßnahmen zur Wiederherstellung der Wirtschaft nachder COVID-19-Pandemie hat die Regierung einen Haushaltsvorschlag für 2021 mit dem Titel „Plan für Beschäftigung, Wachstum und Widerstandsfähigkeit“ formuliert. Insbesondere ist geplant, 288 Millionen US-Dollar für die Entwicklung und Finanzierung der nationalen Quantenstrategie bereitzustellen. Das Programm setzt die koordinierte Entwicklung von Grundlagen- und angewandter Forschung und die Stärkung der Führungsrolle des Landes in dieser bahnbrechenden Richtung voraus.
Die US-Regierung kündigt neue Förderprogramme für die Quantenforschung an
Das Energieministerium stellt 25 Millionen US-Dollar für grundlegende Arbeiten zur Entwicklung des Quanteninternets bereit, zu denen auch die Schaffung des ersten Testfelds auf regionaler Ebene gehört.
Außerdem werden zwei neue Programme von den USA unterstützt.Army Research Office: Die erste beinhaltet die Entwicklung grundlegend neuer Methoden für das Design, die Herstellung und die Kontrolle von Qubits, um deren Stabilität im Vergleich zu modernen Geräten zu verbessern. Das zweite Programm zielt auf die gezielte Förderung talentierter Doktoranden und Forscher aus dem Kreis der US-Bürger im Bereich Quanteninformationsverarbeitung und Quantensensorik ab.
Australisches Verteidigungsministerium wählt NEC und D-Wave für Herausforderungen in der Verteidigungslogistik
Als Ergebnis des Wettbewerbs, ZusammenarbeitAustralische Repräsentanz der NEC Corporation – NEC Australia – und D-Wave Systems Inc. (Kanada) wurde als Projektleiter für den Einsatz von hybridem Quantencomputing zur Lösung des Problems der „letzten Meile“ in der Logistik ausgewählt. Die entwickelte Technologie soll den Einsatz autonomer Fahrzeuge zur Versorgung verschiedener Einheiten von einer zentralen Versorgungsbasis aus optimieren.
NEC und D-Wave haben im November 2019 eine Partnerschaftsvereinbarung zur gemeinsamen Entwicklung von Quantenanwendungen geschlossen. Dies ist die erste derartige Interaktion für Unternehmen mit Kunden außerhalb Japans.
In Finnland wurde ein neues Institut gegründet, um die Arbeit im Bereich der Quantentechnologien zu koordinieren
Aalto-Universität, Universität Helsinki und CenterTechnical Research Finland VTT unterzeichnete eine Kooperationsvereinbarung im Bereich der Quantenwissenschaft und -technologie unter der Schirmherrschaft des etablierten finnischen Quanteninstituts InstituteQ. Durch die Bündelung ihrer Kräfte wollen die Parteien Finnland an der Spitze eines zunehmend wettbewerbsorientierten globalen Technologiefelds halten.
Derzeit VTT zusammen mit dem FinnischenDas Startup IQM arbeitet an der Entwicklung des ersten Quantencomputers in Finnland. Dieses Projekt dient als erste Plattform für weitere Forschungs-, Innovations- und kommerzielle Aktivitäten im Bereich der Quantentechnologien.
Quantenindustrie
PsiQuantum und GlobalFoundries beginnen mit der Massenproduktion von photonischen Prozessorkomponenten
Das kalifornische Startup PsiQuantum istder Marktführer bei angezogenen Investitionen unter allen Quantenunternehmen (508,5 Millionen US-Dollar). Ziel ist die Entwicklung des weltweit ersten photonischen Quantenprozessors Q1, bestehend aus einer Million Qubits.
Zusammen mit GlobalFoundries, die sich mitDurch die Auftragsfertigung von Halbleiterprodukten demonstrierte PsiQuantum die Fähigkeit, die Hauptkomponenten eines photonischen Prozessors, einschließlich optischer Schaltungen, Einzelphotonenquellen und Detektoren, auf Standardausrüstung herzustellen und zu integrieren. Die für die Massenproduktion von photonischen Prozessoren erforderliche Spezialausrüstung wurde bereits in zwei Werken von GlobalFoundries in New York (Siliziumphotonik) und Dresden (Elektronikkomponenten) installiert und wird demnächst in Serie produziert.
NTT und Tokyo Institute of Technology untersuchen Anwendungen von Ising-Maschinen in der Medizin
Die kohärente Ising-Maschine nutzt QuantenEffekte in einem System wechselwirkender Spins, ist aber kein vollständiger Quantencomputer. Sein Hauptzweck ist es, kombinatorische Optimierungsprobleme zu lösen. NTT Research und das Tokyo Institute of Technology verwenden die Ising-Maschine, um neue Medikamente zu entwickeln. Die Rechenaufgabe besteht darin, die optimale Übereinstimmung zwischen einer kolossalen Anzahl von Kombinationen von Wirkstoffmolekülen und Zielproteinen zu finden.
Der zweite Anwendungsbereich ist das sogenannte komprimierteSondieren - ermöglicht es Ihnen, riesige Datensätze mit hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten und Fragmente, die keine nützlichen Informationen enthalten, schnell zu verwerfen. Dieser Ansatz kann zur Analyse von Magnetresonanztomographie- und Computertomographiebildern verwendet werden.
Quantum Brilliance und Quantum South werden Lösungen zur Optimierung der Logistik entwickeln
Australisches Startup Quantum Brillianceentwickelt eine Quantenplattform basierend auf Stickstoffleerstellen in Diamant, die bei Raumtemperatur betrieben werden kann. Die Zusammenarbeit mit Quantum South (Uruguay) begann 2018 und zielte zunächst auf die Entwicklung von Logistiklösungen mit einem Software-Emulator des Prozessors ab. Die Unternehmen wurden Finalisten der Airbus Quantum Computing Challenge.
Unternehmen installieren jetzt Zwei-QubitQuantencomputer im Supercomputing Center Pawsey in Perth, Australien, zur Integration mit einem klassischen Supercomputer und zur Lösung von Logistikproblemen in einer Hybridumgebung. Es wird erwartet, dass das Computersystem mit zunehmender Prozessorgröße und Weiterentwicklung der Software die Rechenleistung klassischer Geräte deutlich übertreffen wird.
Q-CTRL erforscht die Verkehrsoptimierung in Australien
Australisches VerkehrsministeriumNew South Wales hat eine Zusammenarbeit mit Q-CTRL angekündigt, um einen Quantencomputer zur Verwaltung eines komplexen Transportnetzwerks einzusetzen. Q-CTRL wird sich auch mit einem der dringendsten Probleme der größten australischen Stadt Sydney befassen: der Aktualisierung der Fahrpläne des öffentlichen Nahverkehrs bei öffentlichen Massenveranstaltungen. Die Möglichkeit, Fahrpläne in Echtzeit anzupassen, kann die Effizienz des Verkehrsnetzes einer Stadt erheblich verbessern und Stauprobleme reduzieren.
Erstes IBM Q System One in Europa installiert
IBMs erster Quantencomputer außerhalb der USAwurde im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts mit der Fraunhofer-Gesellschaft installiert. Die Maschine wird am IBM-Standort Ehningen bei Stuttgart zur exklusiven Nutzung durch die Fraunhofer-Gesellschaft und ihre Partner im Rahmen der Aktivitäten des baden-württembergischen Kompetenzzentrums für Quantencomputing installiert.
IBM Q System One wird verwendet innach deutschem Recht, was für die Nutzer ein wichtiger Vorteil im Hinblick auf Datenschutz und Sicherheit des geistigen Eigentums ist. Die Installation des zweiten IBM-Quantencomputers außerhalb der USA ist für dieses Jahr an der Universität Tokio geplant.
Es wurde ein Quantensensor geschaffen, der den gesamten Hochfrequenzbereich überwachen kann
Quantensensoren basierend auf Rydberg-Atomenerst seit kurzem werden sie als Detektoren für elektromagnetische Strahlung eingesetzt. Zum ersten Mal wurden sie vom US-Militär mit dem Ziel entwickelt, den Hochfrequenzraum mit einem einzigen Breitbanddetektor für alle Funkwellenbänder zu überwachen.
In einer neuen Arbeit, Militärforscher der US-ArmeeResearch Lab demonstrierte die hohe Empfindlichkeit des kompakten (1 cm) Sensors im Bereich von 1 kHz bis 1 THz und verglich ihn auch mit alternativen Breitbandempfängern auf Basis elektrooptischer Kristalle und Dipolantennen.
Quanten-Lidar wird dabei helfen, Methanlecks bei der Öl- und Erdgasförderung zu erkennen
QLM Technology (UK) entwickeltein hochempfindliches atmosphärisches Lidar mit einem Quanten-Einzelphotonendetektor, mit dem Methanlecks aus der Öl- und Erdgasproduktion und -nutzung sichtbar gemacht und quantifiziert werden können.
Das Projekt wird unterstützt von BP, NationalGrid, AMETEK Land und der britischen Regierung sowie Lidar war eines der ersten kommerziellen Produkte im Rahmen des nationalen Quantentechnologieprogramms des Vereinigten Königreichs. Die erste Version des Lidars steht noch in diesem Jahr für kommerzielle Tests zur Verfügung, und Tests von Kameras, die an unbemannten Fluggeräten installiert sind, beginnen 2022.
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