Ondanks de pandemie stonden de ontwikkelingen op het gebied van quantum computing niet stil: wereldwijde IT-giganten
Onderzoek en ontwikkeling
Snelste generator voor willekeurige getallen
Willekeurige nummers zijn de sleutelcryptografie en numerieke modellering. Een team van wetenschappers van het Russian Quantum Center, samen met collega's van Oxford University, Goldsmiths College en de Free University of Berlin, kondigt de ontwikkeling aan van een ultrasnel optisch apparaat dat een gegarandeerde willekeurige sequentie kan genereren met een snelheid van 8,05 GB per seconde, waardoor het de snelste generator voor willekeurige getallen tot nu toe is. Eerder gemaakte prototypes van dergelijke apparaten hadden een snelheid die enkele ordes van grootte lager lag.
De ontwikkelde technologie kan de basis vormenproductie van commerciële apparaten met een breed scala aan toepassingen. Zo heeft Samsung onlangs een mobiele telefoon geïntroduceerd met een quantum random number generator, wat de vraag naar deze technologie op de massamarkt aangeeft.
Kwantumnetwerk op basis van drones
Verstrengelde fotonen werden eerder met succes overgebracht naarde afstand is meer dan duizend kilometer tussen de satelliet- en grondstations, maar nu heeft een team van wetenschappers van de Nanjing University aangetoond dat veilige communicatie tot stand kan worden gebracht met redelijk goedkope apparatuur.
In dit experiment was het kwantumnetwerkgeïmplementeerd met behulp van twee vrij vliegende drones in de lucht op een afstand van 400 meter van elkaar en op een afstand van 200 meter van hun grondontvangststations. In totaal, rekening houdend met de hoogte van de dronevluchten, had het kwantumcommunicatiekanaal door de lucht een totale lengte van ongeveer een kilometer. Grondstations voor het ontvangen van fotonen waren bewapend met telescopen met een opening van 26 mm en ontvangers met één foton.
Zo'n oplossing zal het overal snel mogelijk makenveilige operationele communicatiekanalen inzetten. In de toekomst is het team van plan om de omvang van het netwerk te vergroten met behulp van meerdere drones die gecodeerde berichten of gegevens over lange afstanden naar een kwantumcomputer kunnen verzenden.
Kwantumteleportatie
Onderzoeksteam bestaande uitvertegenwoordigers van Amerikaanse en Canadese universiteiten en bedrijven onder leiding van Panayotis Spenzouris (Fermi National Accelerator Laboratory) toonden een stabiele overdracht van de kwantumtoestand van een qubit over een afstand van 44 kilometer.
Kwantumteleportatie is voor velen noodzakelijkkwantuminformatietoepassingen, waaronder het zogenaamde kwantuminternet. Het experiment van Fermilab maakte gebruik van conventionele sensoren met één foton en glasvezeltelecommunicatienetwerken.
De nauwkeurigheid van de overdracht van een kwantumtoestand inexperiment was 90%, wat als een extreem hoge waarde wordt beschouwd. In toekomstige experimenten gaan wetenschappers een nieuw record vestigen voor teleportatieafstand en het aantal gekoppelde qubits door het systeem te upgraden, dat is gepland voor het tweede kwartaal van 2021. In de toekomst zal dit helpen om gedistribueerde kwantumcomputers uit te voeren, zoals clustercomputers, maar zonder een bottleneck in de vorm van netwerkbandbreedtebeperkingen.
Lattice-operatie
Bestaande methoden voor kwantumfoutcorrectie worden gecompliceerd door het feit dat hun implementatie honderden of zelfs duizenden fysieke qubits vereist die met elkaar zijn verbonden.
Het team van de Universiteit van Innsbruck onder leidingProfessor Rainer Blatt rapporteerde voor het eerst de creatie van twee enkele logische qubits, beschermd tegen het verlies van kwantuminformatie, waardoor hun koppeling tot stand werd gebracht en logische informatie daartussen werd overgedragen. Dit werd bereikt in een quantumprocessor op basis van ionenvallen, bestaande uit slechts tien fysieke qubits, en met behulp van zogenaamde roosterchirurgie. Met deze techniek kunnen logische qubits worden gecombineerd of gescheiden door specifieke logische bewerkingen uit te voeren op een deel van de onderliggende fysieke qubits.
De gebruikte methode vereist aanzienlijk mindermeer bewerkingen om qubit-aaneenschakeling te creëren dan traditionele benaderingen, en het demonstreren van dergelijke bewerkingen - fundamentele bouwstenen voor kwantumcomputers - is een belangrijke stap in de richting van de praktische implementatie van fouttolerante kwantumcomputers.
Quantum-industrie
Moleculaire vergelijkingen
De farmaceutische industrie is buitengewoon geïnteresseerd in de opkomst van nieuwe technologieën voor het maken van medicijnen, waaronder het gebruik van kwantummoleculaire modellering en screening.
Duitse farmaceutische gigant BoehringerIngelheim, bekend om zijn ontwikkelingen op het gebied van computerondersteund medicijnontwerp en silico-modellering, heeft de krachten gebundeld met Google op het gebied van quantum computing.
En het Zwitserse farmaceutische bedrijf Rochebegint een samenwerking met het Britse Cambridge Quantum Computing, waarin quantum computing-methoden zullen worden gebruikt om nieuwe methoden voor de behandeling van ziekten te vinden.
Eerder werd gemeld dat de Amerikaanbiotechbedrijf Biogen werkt samen met startup 1Qbit aan een pilootproject gericht op het versnellen van de ontdekking van geneesmiddelen door kwantumcomputers te gebruiken voor moleculaire vergelijkingen. Met behulp van kwantumscreening van grote aantallen moleculen is ze van plan nieuwe effectieve medicijnen te vinden voor neurodegeneratieve ziekten zoals multiple sclerose, Alzheimer en Parkinson.
Meerfasige stromen
Aker BP (een groot onafhankelijk olie-exploratie- en productiebedrijf in Europa - Hi-Tech) en CQC hebben een quantum machine learning-algoritme ontwikkeld voor het classificeren van meerfasige stromingen.
Meerfasige stromingen bij pijpleidingtransportvrij zorgvuldige monitoring, tracking, analyse en beheer vereisen. Het algoritme maakt polynomiale tijdstroomanalyse mogelijk en is geïmplementeerd op een IBM-kwantumprocessor.
Classifier getest op Aker-gegevensBP, vereist slechts een paar qubits om de prestaties van een klassieke Support Vector Machine (SVM) te evenaren met niet-lineaire kernels. Het is een van de allereerste toepassingen van quantum machine learning-oplossingen uit het NISQ-tijdperk in de energiesector.
Onderdelen voor BMW
Een Duitse autofabrikant is een experiment begonnen om de inkoop en levering van productiecomponenten te optimaliseren met behulp van een kwantumcomputer.
Meestal binnen de productiecyclusautofabrikanten overwegen honderden leveringsopties van verschillende leveranciers met verschillende levertijden en onderdelenkosten. Het kiezen van het optimale circuit is een ontmoedigende computertaak. BMW is van plan de eerste berekeningen uit te voeren op de Honeywell H0-computer en later over te stappen op het krachtigere H1-systeem. Aangenomen wordt dat het rekenvoordeel ten opzichte van klassieke computersystemen in anderhalf tot twee jaar zal worden bereikt.
In oktober 2020 kondigde een andere grote autofabrikant, Toyota, de lancering aan van een soortgelijk project om zijn logistieke netwerk te optimaliseren.
Oplossingscryostaat
Pionier in oplossingscryostaten,Oxford Instruments NanoScience heeft een partnerschap aangekondigd met Oxford Quantum Circuits, dat als eerste ter wereld de levering van het volgende generatie Proteox Cryofree®-koelsysteem zal accepteren.
Lage temperaturen zijn nodig om te detecterensubtiele kwantumeffecten verborgen door het geluid van thermische trillingen, maar efficiënte koeling blijft een serieus probleem in veel implementaties van kwantumsystemen.
Nieuwe oplossingskryostaat van Oxford Instrumentsbiedt een hoge stabiliteit van de temperatuurregeling in het mK-bereik en ondersteunt een groot aantal elektrische verbindingen, wat de integratie van kwantumprocessors vergemakkelijkt.
Quantumcomputers met ionenvallen
Startup IonQ kondigde een driejarige alliantie aan metHet Quantum Information Research Support Center (Q Center) is een onafhankelijke organisatie opgericht aan de Sungkyunkwan Universiteit in Zuid-Korea om een nationaal onderzoeksecosysteem op het gebied van de kwantuminformatiewetenschap te vormen.
De samenwerking zal kwantum creërencomputers met IonQ ionenvallen beschikbaar voor onderzoekers en studenten in Zuid-Korea. IonQ vindt de hightech Zuid-Koreaanse markt belangrijk voor de uitbreiding van haar eigen technologie.
Het nationale kwantumprogramma van Zuid-Korea ging van start in 2019 en voorziet de oprichting van een vijf-qubit-kwantumprocessor binnen vijf jaar.
Nationale kwantumprogramma's
1,8 miljard euro voor de kwantumindustrie
Frankrijk maakte het besluit officieel bekendinvesteren 1,8 miljard euro in kwantumtechnologieën. Volgens het plan van de Franse president Emmanuel Macron is de investering gepland voor vijf jaar. De Franse regering zal de financiering voor de kwantumindustrie verhogen van de huidige 60 miljoen euro naar 200 miljoen euro per jaar. Nog eens 200 miljoen euro komt van de Europese Unie en er wordt 550 miljoen euro verwacht van de particuliere sector.
Van deze fondsen:
- ongeveer 780 miljoen euro zal worden uitgetrokken voor de oprichting van een kwantumcomputer;
- € 250 miljoen voor kwantumsensoren;
- € 150 miljoen voor post-kwantumcryptografie;
- 320 miljoen euro voor kwantumcommunicatie;
- € 300 miljoen voor aanverwante technologieën zoals cryogene technologie.
Met dit investeringsvolume zal Frankrijk een van de leidende landen worden die in kwantumtechnologieën investeren, samen met de Verenigde Staten, China, India en Duitsland.
Beiers kwantuminitiatief
München Quantum zal in Duitsland worden gemaaktvalley, voor de exploitatie waarvan Beieren in totaal 300 miljoen euro zal uittrekken. In de quantumvallei komt een technologiepark met goed uitgeruste cleanrooms, systemen voor de productie van nano- en dunnefilmmaterialen en ontwikkelings- en testlaboratoria.
De belangrijkste taken van de vallei zullen zijn om te creërenkwantumcomputers, kwantumsimulatoren voor het vinden van nieuwe materialen, onderzoek op het gebied van kwantummetrologie voor zeer nauwkeurige metingen van elektrische of magnetische velden, en kwantumcryptografie.
Merk op dat Duitsland al de grootste heeftDe EU heeft een nationaal programma voor de ontwikkeling van kwantumtechnologieën. In juli 2020 kondigde de federale regering de verlenging voor de komende 10 jaar aan met een budget van 2 miljard euro bovenop het algemene EU-kwantumprogramma.
Modulaire aanpak
Bij het maken van kwantumcomputers is hun sleutelcomponenten worden meestal door één bedrijf ontworpen en vervaardigd, wat vrij duur en tijdrovend is. Om de ontwikkeling van een nationale kwantumcomputer te versnellen, hebben verschillende startups in Nederland afgesproken om een modulaire aanpak te hanteren: onafhankelijke bedrijven gaan zich richten op het ontwikkelen van bepaalde onderdelen van de kwantumcomputer om deze in de toekomst in één systeem te integreren.
Leden van het nieuwe consortium IMPAQT, opgerichtVoor dit doel zijn startups Orange QS geworden - een leverancier van geïntegreerde kwantumsystemen, Qblox - een leverancier van een kwantumcontrolestack, Delft Circuits - een ontwikkelaar van kwantumapparatuur voor cryogene input-output, en Qu&Co - een ontwikkelaar van kwantumtechnologie. algoritmen en software.
2021 is begonnen voor het wereldwijde kwantumgemeenschappen zijn zo actief mogelijk: de overheidsinvesteringen in ontwikkeling zijn toegenomen, het aantal industriële gevallen en het internationale onderzoek is toegenomen. De volledige versie van de samenvatting is te vinden op de website van het Russian Quantum Center.
Zie ook:
Natuurkundigen hebben een analoog van een zwart gat gemaakt en de theorie van Hawking bevestigd. Waar leidt het toe?
Abortus en wetenschap: wat gebeurt er met de kinderen die zullen bevallen
Er wordt een nucleaire raketmotor gebouwd voor vluchten naar Mars. Hoe is het gevaarlijk?