โลกควอนตัม: เทเลพอร์ตเครือข่ายโดรนและกับดักไอออน

แม้จะมีการแพร่ระบาด แต่การพัฒนาในด้านคอมพิวเตอร์ควอนตัมก็ไม่ได้หยุดลง: ยักษ์ใหญ่ด้านไอทีระดับโลก

ลงทุนเงินจำนวนมหาศาลในการสร้างระบบนิเวศของตัวเองในพื้นที่นี้ ประเทศต่างๆ ยังคงสร้างศูนย์กลางสำหรับการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมของตนเอง เช่น มีการสร้างหุบเขาควอนตัมในเยอรมนี และนักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาระบบใหม่ที่สามารถเร่งการผลิตยาใหม่หรือขยายอย่างมีนัยสำคัญ ความสามารถของเครื่องคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก

วิจัยและพัฒนา

เครื่องกำเนิดตัวเลขสุ่มที่เร็วที่สุด

ตัวเลขสุ่มเป็นกุญแจสำคัญการเข้ารหัสและการสร้างแบบจำลองตัวเลข ทีมนักวิทยาศาสตร์จาก Russian Quantum Center ร่วมกับเพื่อนร่วมงานจาก Oxford University, Goldsmiths College และ Free University of Berlin ประกาศการพัฒนาอุปกรณ์ออพติคอลที่เร็วมากซึ่งสามารถสร้างลำดับการสุ่มที่รับประกันได้ด้วยความเร็ว 8.05 GB ต่อวินาที ทำให้เป็นเครื่องสร้างตัวเลขสุ่มที่เร็วที่สุดในปัจจุบันวัน ต้นแบบที่สร้างขึ้นก่อนหน้านี้ของอุปกรณ์ดังกล่าวมีความเร็วต่ำกว่าหลายลำดับ

เทคโนโลยีที่พัฒนาแล้วสามารถสร้างพื้นฐานได้การผลิตอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ที่มีการใช้งานที่หลากหลาย ดังนั้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ Samsung ได้เปิดตัวโทรศัพท์มือถือที่มีเครื่องกำเนิดตัวเลขสุ่มควอนตัมซึ่งบ่งบอกถึงความต้องการเทคโนโลยีนี้ในตลาดมวลชน

เครือข่ายควอนตัมที่ใช้โดรน

โฟตอนที่พันกันถูกโอนไปยังสำเร็จก่อนหน้านี้ระยะทางมากกว่าหนึ่งพันกิโลเมตรระหว่างดาวเทียมและสถานีภาคพื้นดิน แต่ตอนนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยหนานจิงได้แสดงให้เห็นว่าการสื่อสารที่ปลอดภัยสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้อุปกรณ์ที่มีราคาไม่แพงพอสมควร

ในการทดลองนี้เครือข่ายควอนตัมคือดำเนินการโดยใช้โดรนบินฟรีสองตัวในอากาศในระยะ 400 เมตรจากกันและที่ระยะ 200 เมตรจากสถานีรับสัญญาณภาคพื้นดิน โดยรวมแล้วเมื่อพิจารณาถึงความสูงของเที่ยวบินโดรนช่องทางการสื่อสารควอนตัมผ่านอากาศมีความยาวรวมประมาณหนึ่งกิโลเมตร สถานีภาคพื้นดินสำหรับรับโฟตอนติดตั้งกล้องโทรทรรศน์ที่มีรูรับแสง 26 มม. และตัวรับโฟตอนเดี่ยว

วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวจะช่วยให้ทุกที่อย่างรวดเร็วปรับใช้ช่องทางการสื่อสารการปฏิบัติงานที่ปลอดภัย ในอนาคตทีมวางแผนที่จะเพิ่มขนาดของเครือข่ายโดยใช้โดรนหลายตัวที่สามารถส่งข้อความหรือข้อมูลที่เข้ารหัสไปยังคอมพิวเตอร์ควอนตัมในระยะทางไกล

การเคลื่อนย้ายควอนตัม

ทีมวิจัยประกอบด้วยตัวแทนของมหาวิทยาลัยและ บริษัท ในอเมริกาและแคนาดาที่นำโดย Panayotis Spenzouris (Fermi National Accelerator Laboratory) แสดงให้เห็นถึงการถ่ายโอนสถานะควอนตัมของ qubit ที่มีเสถียรภาพในระยะทาง 44 กิโลเมตร

การเคลื่อนย้ายมวลสารควอนตัมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับหลาย ๆ คนการประยุกต์ใช้ข้อมูลควอนตัม รวมถึงสิ่งที่เรียกว่าอินเทอร์เน็ตควอนตัม การทดลองของเฟอร์มิแล็บใช้เซนเซอร์โฟตอนเดี่ยวแบบธรรมดาและเครือข่ายโทรคมนาคมแบบไฟเบอร์ออปติก

ความถูกต้องของการถ่ายโอนสถานะควอนตัมในการทดลองเท่ากับ 90% ซึ่งถือว่ามีมูลค่าสูงมาก ในการทดลองในอนาคตนักวิทยาศาสตร์จะสร้างสถิติใหม่สำหรับช่วงการเคลื่อนย้ายและจำนวน qubits คู่โดยการอัปเกรดระบบซึ่งมีแผนในไตรมาสที่สองของปี 2564 ในอนาคตสิ่งนี้จะช่วยในการประมวลผลควอนตัมแบบกระจายเช่นการประมวลผลแบบคลัสเตอร์ แต่ไม่มีปัญหาคอขวดในรูปแบบของข้อ จำกัด แบนด์วิดท์ของเครือข่าย

การผ่าตัดตาข่าย

วิธีการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมที่มีอยู่มีความซับซ้อนเนื่องจากการใช้งานต้องใช้ qubits ทางกายภาพหลายร้อยหรือหลายพันที่เชื่อมต่อกัน

โดยมีทีมงานจากมหาวิทยาลัยอินส์บรุคภายใต้การนำศาสตราจารย์ Rainer Blatt รายงานเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับการสร้างคิวบิตเชิงตรรกะเดี่ยวๆ สองชุด ซึ่งได้รับการปกป้องจากการสูญเสียข้อมูลควอนตัม บรรลุการเชื่อมต่อและถ่ายโอนข้อมูลเชิงตรรกะระหว่างกัน ซึ่งทำได้สำเร็จในโปรเซสเซอร์ควอนตัมที่ใช้กับดักไอออน ซึ่งประกอบด้วยคิวบิตทางกายภาพเพียงสิบคิวบิต และใช้สิ่งที่เรียกว่าการผ่าตัดขัดแตะ เทคนิคนี้ช่วยให้คิวบิตเชิงตรรกะสามารถรวมหรือแยกออกได้โดยการดำเนินการเชิงตรรกะบางอย่างกับส่วนของคิวบิตจริงที่รองรับคิวบิตเหล่านั้น

วิธีการที่ใช้ต้องใช้น้อยลงอย่างมีนัยสำคัญการดำเนินการเพิ่มเติมเพื่อสร้างการเชื่อมต่อ qubit มากกว่าวิธีการแบบเดิมและการแสดงให้เห็นถึงการดำเนินการดังกล่าวซึ่งเป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมเป็นขั้นตอนสำคัญในการนำคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ทนต่อความผิดพลาดไปใช้งานได้จริง

อุตสาหกรรมควอนตัม

การเปรียบเทียบระดับโมเลกุล

อุตสาหกรรมยาให้ความสนใจอย่างมากกับการเกิดขึ้นของเทคโนโลยีใหม่ ๆ ในการสร้างยาซึ่งรวมถึงการใช้การสร้างแบบจำลองและการคัดกรองโมเลกุลควอนตัม

Boehringer ยักษ์ใหญ่ด้านเภสัชกรรมของเยอรมนีIngelheim ซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านการพัฒนาการออกแบบยาโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยและการสร้างแบบจำลองซิลิโก ได้ร่วมมือกับ Google ในด้านการประมวลผลควอนตัม

และ บริษัท ยา Roche ของสวิสเริ่มความร่วมมือกับ British Cambridge Quantum Computing ซึ่งจะใช้วิธีการคำนวณควอนตัมเพื่อค้นหาวิธีการใหม่ ๆ ในการรักษาโรค

ก่อนหน้านี้มีรายงานว่าชาวอเมริกันบริษัท ไบโอเทคไบโอเจนร่วมมือกับ 1Qbit เริ่มต้นในโครงการนำร่องที่มุ่งเร่งการค้นพบยาโดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสำหรับการเปรียบเทียบระดับโมเลกุล ด้วยการใช้การตรวจคัดกรองโมเลกุลจำนวนมากด้วยควอนตัมเธอวางแผนที่จะค้นหายาที่มีประสิทธิภาพใหม่สำหรับโรคที่เกี่ยวกับระบบประสาทเช่นเส้นโลหิตตีบหลายเส้นอัลไซเมอร์และพาร์คินสัน

กระแสหลายเฟส

Aker BP (บริษัทสำรวจและผลิตน้ำมันอิสระขนาดใหญ่ในยุโรป - ไฮเทค) และ CQC ได้สร้างอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องควอนตัมสำหรับการจำแนกการไหลแบบหลายเฟส

การไหลหลายเฟสในการขนส่งทางท่อจำเป็นต้องมีการติดตาม ติดตาม วิเคราะห์ และบริหารจัดการอย่างระมัดระวัง อัลกอริธึมช่วยให้สามารถวิเคราะห์การไหลของเวลาแบบพหุนามและใช้งานบนโปรเซสเซอร์ควอนตัม IBM

ตัวจำแนกทดสอบกับข้อมูล AkerBP ต้องการเพียงไม่กี่ qubits เพื่อให้ตรงกับประสิทธิภาพของเครื่องเวกเตอร์สนับสนุนแบบคลาสสิก (SVM) กับเมล็ดที่ไม่เป็นเชิงเส้น ถือเป็นหนึ่งในแอปพลิเคชั่นแรก ๆ ของโซลูชันการเรียนรู้ด้วยเครื่องควอนตัมในยุค NISQ ในภาคพลังงาน

อะไหล่สำหรับ BMW

ผู้ผลิตรถยนต์สัญชาติเยอรมันรายหนึ่งได้เริ่มการทดลองเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจัดซื้อและจัดหาส่วนประกอบการผลิตโดยใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม

โดยปกติจะอยู่ในวงจรการผลิตผู้ผลิตรถยนต์กำลังพิจารณาตัวเลือกการจัดหาหลายร้อยรายการจากผู้ขายหลายรายซึ่งมีเวลาในการจัดส่งและต้นทุนชิ้นส่วนที่แตกต่างกันไป การเลือกวงจรที่เหมาะสมที่สุดเป็นงานคำนวณที่น่ากลัว BMW วางแผนที่จะทำการคำนวณครั้งแรกบนคอมพิวเตอร์ Honeywell H0 และต่อมาย้ายไปใช้ระบบ H1 ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น สันนิษฐานว่าความได้เปรียบในการคำนวณเหนือระบบคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกจะบรรลุได้ภายในหนึ่งปีครึ่งถึงสองปี

ในเดือนตุลาคม 2020 ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่อีกรายอย่าง Toyota ได้ประกาศเปิดตัวโครงการที่คล้ายกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่ายโลจิสติกส์ของตน

การสลายตัวของ cryostat

ผู้บุกเบิกการละลายน้ำแข็งOxford Instruments NanoScience ได้ประกาศความร่วมมือกับ Oxford Quantum Circuits ซึ่งจะเป็นรายแรกของโลกที่ยอมรับการส่งมอบระบบทำความเย็น Proteox Cryofree®รุ่นต่อไป

จำเป็นต้องตรวจจับอุณหภูมิต่ำเอฟเฟกต์ควอนตัมที่ละเอียดอ่อนซ่อนอยู่ด้วยเสียงสั่นสะเทือนของความร้อน แต่การระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพยังคงเป็นปัญหาร้ายแรงในการนำระบบควอนตัมไปใช้

เครื่องแช่แข็งแบบละลายตัวใหม่จาก Oxford Instrumentsให้ความเสถียรสูงในการควบคุมอุณหภูมิในช่วง mK และรองรับการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าจำนวนมาก ซึ่งเอื้อต่อการรวมโปรเซสเซอร์ควอนตัม

คอมพิวเตอร์ควอนตัมพร้อมกับดักไอออน

Startup IonQ ประกาศความร่วมมือ 3 ปีกับศูนย์สนับสนุนการวิจัยข้อมูลควอนตัม (Q Center) เป็นองค์กรอิสระที่ก่อตั้งขึ้นที่มหาวิทยาลัย Sungkyunkwan ในเกาหลีใต้ เพื่อสร้างระบบนิเวศการวิจัยระดับชาติในสาขาวิทยาศาสตร์สารสนเทศควอนตัม

การทำงานร่วมกันจะสร้างควอนตัมคอมพิวเตอร์ที่มีกับดักไอออน IonQ พร้อมให้บริการสำหรับนักวิจัยและนักศึกษาในเกาหลีใต้ IonQ มองว่าตลาดเกาหลีใต้ที่มีเทคโนโลยีสูงมีความสำคัญต่อการขยายตัวของเทคโนโลยีของตนเอง

โครงการควอนตัมแห่งชาติของเกาหลีใต้เริ่มต้นในปี 2019 และวาดภาพการสร้างตัวประมวลผลควอนตัมห้า qubit ภายในห้าปี

โครงการควอนตัมแห่งชาติ

1.8 พันล้านยูโรสำหรับอุตสาหกรรมควอนตัม

ฝรั่งเศสประกาศการตัดสินใจอย่างเป็นทางการลงทุน 1.8 พันล้านยูโรในเทคโนโลยีควอนตัม ตามแผนที่นำเสนอโดยประธานาธิบดีฝรั่งเศส เอ็มมานูเอล มาครง การลงทุนดังกล่าวมีการวางแผนไว้เป็นเวลาห้าปี รัฐบาลฝรั่งเศสจะเพิ่มเงินทุนสำหรับอุตสาหกรรมควอนตัมจากปัจจุบัน 60 ล้านยูโรเป็น 200 ล้านยูโรต่อปี อีก 200 ล้านยูโรจะมาจากสหภาพยุโรป และ 550 ล้านยูโรคาดว่าจะมาจากภาคเอกชน

Из этих средств:

• จะจัดสรรเงินประมาณ 780 ล้านยูโรสำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม
• 250 ล้านยูโรสำหรับเซ็นเซอร์ควอนตัม
• 150 ล้านยูโรสำหรับการเข้ารหัสหลังควอนตัม
• 320 ล้านยูโรสำหรับการสื่อสารควอนตัม
• 300 млн евро на сопутствующие технологии, такие как криогеника.

ด้วยปริมาณการลงทุนนี้ฝรั่งเศสจะกลายเป็นหนึ่งในประเทศชั้นนำที่ลงทุนในเทคโนโลยีควอนตัมพร้อมกับสหรัฐอเมริกาจีนอินเดียและเยอรมนี

Bavarian Quantum Initiative

Munich Quantum จะถูกสร้างขึ้นในเยอรมนีValley สำหรับการดำเนินงานซึ่งบาวาเรียจะจัดสรรเป็นเงินรวม 300 ล้านยูโร ในหุบเขาควอนตัมจะมีอุทยานเทคโนโลยีที่มีห้องสะอาดที่มีอุปกรณ์ครบครัน ระบบสำหรับการผลิตวัสดุนาโนและฟิล์มบาง รวมถึงห้องปฏิบัติการพัฒนาและทดสอบ

ภารกิจหลักของหุบเขาคือการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมเครื่องจำลองควอนตัมสำหรับการค้นหาวัสดุใหม่การวิจัยในสาขามาตรวิทยาควอนตัมสำหรับการวัดสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กที่มีความแม่นยำสูงและการเข้ารหัสควอนตัม

โปรดทราบว่าเยอรมนีมีประเทศที่ใหญ่ที่สุดอยู่แล้วสหภาพยุโรปมีโครงการระดับชาติเพื่อการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัม ในเดือนกรกฎาคม 2020 รัฐบาลกลางได้ประกาศขยายเวลาออกไปอีก 10 ปีข้างหน้าด้วยงบประมาณ 2 พันล้านยูโร นอกเหนือจากโครงการควอนตัมทั่วไปของสหภาพยุโรป

แนวทางแบบแยกส่วน

เมื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมกุญแจของพวกเขาส่วนประกอบมักได้รับการออกแบบและผลิตโดย บริษัท เดียวซึ่งมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูงและใช้เวลานาน เพื่อเร่งการพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมแห่งชาติ บริษัท สตาร์ทอัพหลายแห่งในเนเธอร์แลนด์ได้ตกลงที่จะใช้แนวทางแบบแยกส่วน: บริษัท อิสระจะมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาองค์ประกอบบางอย่างของคอมพิวเตอร์ควอนตัมเพื่อรวมเข้าเป็นระบบเดียวในอนาคต

สมาชิกของกลุ่ม IMPAQT ใหม่ถูกสร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์นี้ บริษัทสตาร์ทอัพจึงได้กลายมาเป็น Orange QS ซึ่งเป็นซัพพลายเออร์ของระบบควอนตัมแบบบูรณาการ, Qblox ซึ่งเป็นซัพพลายเออร์ของกลุ่มควบคุมควอนตัม, Delft Circuits ผู้พัฒนาอุปกรณ์ควอนตัมสำหรับอินพุต-เอาท์พุตไครโอเจนิก และ Qu&Co ผู้พัฒนาควอนตัม อัลกอริธึมและซอฟต์แวร์

2021 ได้เริ่มขึ้นแล้วสำหรับควอนตัมทั่วโลกชุมชนมีความกระตือรือร้นมากที่สุด: การลงทุนภาครัฐในการพัฒนาเติบโตขึ้นจำนวนทั้งกรณีอุตสาหกรรมและการวิจัยระหว่างประเทศเพิ่มขึ้น ข้อมูลสรุปเวอร์ชันเต็มสามารถพบได้ในเว็บไซต์ของ Russian Quantum Center

ดูเพิ่มเติมที่:

นักฟิสิกส์ได้สร้างอะนาล็อกของหลุมดำและยืนยันทฤษฎีของ Hawking นำไปสู่ที่ไหน?

การทำแท้งกับวิทยาศาสตร์: จะเกิดอะไรขึ้นกับเด็กที่จะคลอด

กำลังสร้างเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์สำหรับเที่ยวบินไปยังดาวอังคาร อันตรายอย่างไร?