Pomimo pandemii rozwój w dziedzinie obliczeń kwantowych nie ustał: globalni giganci IT
Badania i rozwój
Najszybszy generator liczb losowych
Kluczem są liczby losowekryptografia i modelowanie numeryczne. Zespół naukowców z Rosyjskiego Centrum Kwantowego wraz z kolegami z Uniwersytetu Oksfordzkiego, Goldsmiths College i Wolnego Uniwersytetu w Berlinie zapowiada opracowanie ultraszybkiego urządzenia optycznego zdolnego do generowania gwarantowanej sekwencji losowej z prędkością 8,05 GB na sekundę, co czyni go najszybszym generatorem liczb losowych do tej pory. Stworzone wcześniej prototypy takich urządzeń miały prędkość o kilka rzędów wielkości mniejszą.
Opracowana technologia może stanowić podstawęprodukcja urządzeń komercyjnych o szerokim spektrum zastosowań. Tym samym Samsung wprowadził niedawno telefon komórkowy z kwantowym generatorem liczb losowych, co wskazuje na zapotrzebowanie na tę technologię na rynku masowym.
Sieć kwantowa oparta na dronach
Splątane fotony zostały wcześniej z powodzeniem przeniesione doodległość między satelitą a stacjami naziemnymi wynosi ponad tysiąc kilometrów, ale teraz zespół naukowców z Uniwersytetu w Nanjing wykazał, że bezpieczną komunikację można nawiązać przy użyciu dość niedrogiego sprzętu.
W tym eksperymencie sieć kwantowa byłarealizowane przy użyciu dwóch swobodnie latających dronów w powietrzu w odległości 400 metrów od siebie oraz w odległości 200 metrów od ich naziemnych stacji odbiorczych. W sumie, biorąc pod uwagę wysokość lotów dronów, kanał komunikacji kwantowej w powietrzu miał łączną długość około kilometra. Stacje naziemne do odbioru fotonów uzbrojono w teleskopy o aperturze 26 mm i odbiorniki jednofotonowe.
Takie rozwiązanie pozwoli szybko w dowolnym miejscuwdrożyć bezpieczne kanały komunikacji operacyjnej. W przyszłości zespół planuje zwiększyć rozmiar sieci za pomocą wielu dronów, które mogą przesyłać zaszyfrowane wiadomości lub dane do komputera kwantowego na duże odległości.
Teleportacja kwantowa
Zespół badawczy składający się zprzedstawiciele amerykańskich i kanadyjskich uniwersytetów i firm pod kierownictwem Panayotisa Spenzourisa (Fermi National Accelerator Laboratory) wykazali stabilny transfer stanu kwantowego kubitu na odległość 44 kilometrów.
Teleportacja kwantowa jest dla wielu niezbędnazastosowania informacji kwantowej, w tym tzw. internet kwantowy. W eksperymencie Fermilaba wykorzystano konwencjonalne czujniki jednofotonowe i światłowodowe sieci telekomunikacyjne.
Dokładność transferu stanu kwantowego weksperyment wyniósł 90%, co jest uważane za wyjątkowo wysoką wartość. W przyszłych eksperymentach naukowcy zamierzają ustanowić nowy rekord zasięgu teleportacji i liczby sprzężonych kubitów, modernizując system, który planowany jest na drugi kwartał 2021 r. W przyszłości pomoże to w wykonywaniu rozproszonych obliczeń kwantowych, takich jak przetwarzanie klastrowe, ale bez wąskiego gardła w postaci ograniczeń przepustowości sieci.
Chirurgia kratowa
Istniejące metody korekcji błędów kwantowych komplikuje fakt, że ich implementacja wymaga setek, a nawet tysięcy połączonych ze sobą fizycznych kubitów.
Zespół Uniwersytetu w Innsbrucku pod przewodnictwemProfesor Rainer Blatt jako pierwszy doniósł o stworzeniu dwóch pojedynczych kubitów logicznych, chronionych przed utratą informacji kwantowej, osiągając ich sprzężenie i przesyłając między nimi informacje logiczne. Udało się to osiągnąć w procesorze kwantowym, opartym na pułapkach jonowych, składających się jedynie z dziesięciu fizycznych kubitów, i wykorzystującym tzw. chirurgię sieciową. Technika ta umożliwia łączenie lub rozdzielanie kubitów logicznych poprzez wykonywanie określonych operacji logicznych na części podstawowych kubitów fizycznych.
Zastosowana metoda wymaga znacznie mniejwięcej operacji w celu utworzenia konkatenacji kubitów niż w przypadku tradycyjnych podejść, a zademonstrowanie takich operacji - podstawowych elementów składowych obliczeń kwantowych - jest ważnym krokiem w kierunku praktycznej implementacji odpornego na błędy obliczeń kwantowych.
Przemysł kwantowy
Porównania molekularne
Przemysł farmaceutyczny jest niezwykle zainteresowany pojawianiem się nowych technologii tworzenia leków, w tym z wykorzystaniem kwantowego modelowania molekularnego i badań przesiewowych.
Niemiecki gigant farmaceutyczny BoehringerIngelheim, znana z osiągnięć w projektowaniu leków wspomaganych komputerowo i modelowaniu in silico, połączyła siły z Google w dziedzinie obliczeń kwantowych.
I szwajcarska firma farmaceutyczna Rocherozpoczyna współpracę z brytyjskim Cambridge Quantum Computing, w którym metody obliczeń kwantowych będą wykorzystywane do poszukiwania nowych metod leczenia chorób.
Wcześniej informowano, że AmerykaninFirma biotechnologiczna Biogen współpracuje ze startupem 1Qbit w projekcie pilotażowym mającym na celu przyspieszenie odkrywania leków poprzez wykorzystanie komputerów kwantowych do porównań molekularnych. Wykorzystując kwantowe badania przesiewowe dużej liczby cząsteczek, planuje znaleźć nowe skuteczne leki na choroby neurodegeneracyjne, takie jak stwardnienie rozsiane, choroba Alzheimera i Parkinsona.
Przepływy wielofazowe
Aker BP (duża niezależna firma zajmująca się poszukiwaniem i produkcją ropy naftowej w Europie - Hi-Tech) i CQC stworzyły algorytm kwantowego uczenia maszynowego do klasyfikacji przepływów wielofazowych.
Przepływy wielofazowe w transporcie rurociągowymwymagają dość uważnego monitorowania, śledzenia, analizy i zarządzania. Algorytm umożliwia wielomianową analizę przepływu czasu i jest zaimplementowany na procesorze kwantowym IBM.
Klasyfikator testowany na danych AkerBP wymaga tylko kilku kubitów, aby osiągnąć wydajność klasycznej maszyny wektorów nośnych (SVM) z nieliniowymi jądrami. Jest to jedno z pierwszych zastosowań rozwiązań kwantowego uczenia maszynowego ery NISQ w sektorze energetycznym.
Części do BMW
Niemiecki producent samochodów rozpoczął eksperyment mający na celu optymalizację zakupów i dostaw komponentów produkcyjnych za pomocą komputera kwantowego.
Zwykle w cyklu produkcyjnymproducenci samochodów rozważają setki opcji dostaw od różnych dostawców o różnych terminach dostaw i kosztach części. Wybór optymalnego obwodu jest trudnym zadaniem obliczeniowym. BMW planuje przeprowadzić pierwsze obliczenia na komputerze Honeywell H0, a później przejść na mocniejszy układ H1. Zakłada się, że przewaga obliczeniowa nad klasycznymi systemami obliczeniowymi zostanie osiągnięta w ciągu półtora do dwóch lat.
W październiku 2020 roku inny duży producent samochodów, Toyota, ogłosił rozpoczęcie podobnego projektu mającego na celu optymalizację swojej sieci logistycznej.
Kriostat rozpuszczający
Pionier w kriostatach rozpuszczających,Firma Oxford Instruments NanoScience ogłosiła partnerstwo z firmą Oxford Quantum Circuits, która jako pierwsza na świecie przyjmie dostawę systemu chłodzenia nowej generacji Proteox Cryofree®.
Niskie temperatury są niezbędne do wykryciasubtelne efekty kwantowe ukryte przez szum drgań termicznych, ale wydajne chłodzenie pozostaje poważnym problemem w wielu implementacjach systemów kwantowych.
Nowy kriostat rozpuszczający firmy Oxford Instrumentszapewnia wysoką stabilność regulacji temperatury w zakresie mK oraz obsługuje dużą liczbę połączeń elektrycznych, co ułatwia integrację procesorów kwantowych.
Komputery kwantowe z pułapkami jonowymi
Startup IonQ ogłosił trzyletni sojusz zCentrum Wsparcia Badań nad Informacją Kwantową (Q Center) to niezależna organizacja powołana na Uniwersytecie Sungkyunkwan w Korei Południowej w celu stworzenia krajowego ekosystemu badawczego w obszarze informatyki kwantowej.
Współpraca stworzy kwantkomputery z pułapkami jonowymi IonQ dostępne dla naukowców i studentów w Korei Południowej. IonQ uważa, że nowoczesny rynek południowokoreański jest ważny dla rozwoju własnej technologii.
Krajowy program kwantowy Korei Południowej rozpoczął się w 2019 r. i przewiduje stworzenie pięciokubitowego procesora kwantowego w ciągu pięciu lat.
Krajowe programy kwantowe
1,8 miliarda euro dla przemysłu kwantowego
Francja oficjalnie ogłosiła tę decyzjęzainwestuje 1,8 miliarda euro w technologie kwantowe. Według planu przedstawionego przez prezydenta Francji Emmanuela Macrona inwestycja zaplanowana jest na pięć lat. Rząd francuski zwiększy finansowanie przemysłu kwantowego z obecnych 60 mln euro do 200 mln euro rocznie. Kolejne 200 milionów euro będzie pochodzić z Unii Europejskiej, a oczekuje się, że 550 milionów euro będzie pochodzić z sektora prywatnego.
Z tych funduszy:
- około 780 mln euro zostanie przeznaczonych na stworzenie komputera kwantowego;
- 250 mln euro na czujniki kwantowe;
- 150 mln euro na kryptografię post-kwantową;
- 320 milionów euro na komunikację kwantową;
- 300 mln euro na powiązane technologie, takie jak kriogenika.
Dzięki takiej wielkości inwestycji Francja stanie się jednym z wiodących krajów inwestujących w technologie kwantowe, obok Stanów Zjednoczonych, Chin, Indii i Niemiec.
Bawarska Inicjatywa Kwantowa
Monachium Quantum powstanie w Niemczechdoliny, na którego funkcjonowanie Bawaria przeznaczy łącznie 300 mln euro. W dolinie kwantowej powstanie park technologiczny z dobrze wyposażonymi pomieszczeniami czystymi, systemami do produkcji materiałów nano i cienkowarstwowych oraz laboratoriami rozwojowymi i badawczymi.
Głównymi zadaniami doliny będzie tworzeniekomputery kwantowe, symulatory kwantowe do poszukiwania nowych materiałów, badania w dziedzinie metrologii kwantowej do bardzo dokładnych pomiarów pól elektrycznych lub magnetycznych oraz kryptografii kwantowej.
Należy pamiętać, że Niemcy mają już największyUE posiada narodowy program rozwoju technologii kwantowych. W lipcu 2020 r. rząd federalny zapowiedział jego przedłużenie na kolejne 10 lat budżetem w wysokości 2 miliardów euro oprócz ogólnego programu kwantowego UE.
Podejście modułowe
Podczas tworzenia komputerów kwantowych ich kluczkomponenty są zazwyczaj projektowane i produkowane przez jedną firmę, co jest dość drogie i czasochłonne. Aby przyspieszyć rozwój krajowego komputera kwantowego, kilka startupów w Holandii zgodziło się zastosować podejście modułowe: niezależne firmy skupią się na opracowaniu pewnych elementów komputera kwantowego, aby w przyszłości zintegrować je w jeden system.
Utworzono członków nowego konsorcjum IMPAQTW tym celu startupami stały się Orange QS – dostawca zintegrowanych systemów kwantowych, Qblox – dostawca stosu kontroli kwantowej, Delft Circuits – twórca sprzętu kwantowego do kriogenicznego wejścia-wyjścia oraz Qu&Co – twórca kwantowych algorytmy i oprogramowanie.
2021 rozpoczął się dla globalnego kwantuspołeczności są tak aktywne, jak to tylko możliwe: wzrosły inwestycje publiczne w rozwój, wzrosła liczba zarówno przypadków przemysłowych, jak i badań międzynarodowych. Pełną wersję streszczenia można znaleźć na stronie Rosyjskiego Centrum Kwantowego.
Zobacz także:
Fizycy stworzyli analogię czarnej dziury i potwierdzili teorię Hawkinga. Dokąd to prowadzi?
Aborcja i nauka: co stanie się z dziećmi, które będą rodzić
Budowany jest atomowy silnik rakietowy do lotów na Marsa. Jak to jest niebezpieczne?