By Sandra Helsel offentliggjort 16. september 2022
Quantum News Briefs i dag åbner med D-waves annoncering af et milepælsstudie, der beskriver den første storstilede demonstration af kohærent kvanteudglødning efterfulgt af en artikel "Engineering applications needed to harness quantum technologys open up technological opportunities". For det tredje er et kig på, hvordan staten MA finansierer og bygger infrastrukturen til at tage kvanteteknologi fra teori til forretning. Og mere.
*****
D-Wave demonstrerer kohærent kvanteudglødning i stor skala
D-Wave Quantum Inc. (NYSE: QBTS) har offentliggjort en peer-reviewet milepælsundersøgelse af den første storstilede demonstration af kohærent kvanteudglødning. Quantum Briefs News opsummerer en nyhedsmeddelelsert om undersøgelsen nedenfor.
Forskningen viser for første gang dynamikken i en kvantefaseovergang i en storskala programmerbar kvanteudglødningsprocessor, der bruger op til 2000 qubits i en D-Wave-processor. Denne demonstration går ud over omfanget af enhver tidligere programmerbar kvantefaseovergang, og åbner døren til simuleringer af eksotiske faser af stof (usædvanlige tilstande af stof, uden for væske, fast eller gas, der udgør universet), som ellers ville være uoverskuelige.
Artiklen - et samarbejde mellem forskere fra D-Wave, University of Southern California, Tokyo Institute of Technology og Saitama Medical University - med titlen "Coherent quantum annealing in a programmeerbar 2000-qubit Ising-kæde," blev offentliggjort i peer- anmeldt journal Naturfysik i dag og er tilgængelig link.. Undersøgelsen viser, at den fuldt programmerbare D-Wave kvanteprocessor kan bruges som en nøjagtig simulator af sammenhængende kvantedynamik i store skalaer. Dette blev demonstreret ved at vise mønstrene af "knæk", der adskiller korrelerede spins i næsten perfekt overensstemmelse med nøjagtige analytiske løsninger af den berømte Schrodinger-ligning for et ideelt kvantesystem, fuldstændig isoleret fra ekstern støj. Tætheden og afstanden mellem knæk afhænger blandt andet af hastigheden og "kvanteheden" af eksperimentet. Målinger af enkelt-qubit-parametre blev vist at præcist forudsige opførsel af systemer fra 8 til 2000 qubits, hvilket demonstrerer høje niveauer af kontrol i kvantesimuleringer på alle skalaer.
Betydningen af denne præstation går ud over det grundlæggende videnskabelige aspekt af forståelse af kvantefaseovergange i endimensionelt stof. Ved at etablere det tekniske grundlag for kvantesimuleringer i stor skala har det banet vejen for en videnskabelig forståelse af egenskaberne af en bredere vifte af kvantematerialer.
Yderligere understøtter de videnskabelige resultater, der præsenteres i Nature Physics, D-Waves vedvarende forpligtelse til ubarmhjertig videnskabelig innovation og produktlevering.
*****
Tekniske applikationer, der er nødvendige for at udnytte kvanteteknologier, åbner op for teknologiske muligheder
Overgangen af det kvantemekaniske område til ingeniørapplikationer åbner op for et stort antal forstyrrende kvanteteknologiske muligheder. Quantum News Briefs opsummerer en nylig artikel af in Semiconductor Engineering af Kay-Uwe Giering og Andy Heinig der forklarer mulighederne.
Mikroelektronik spiller en afgørende rolle i at udnytte kvanteteknologier som fremtidige nøgleteknologier. På den ene side er halvlederprocesser en vigtig del af skabelsen af kvanteteknologiske systemer. Frem for alt er der dog brug for højtydende elektroniske chips til at styre kvanteopsætningerne og behandle de resulterende omfattende måledata. Mikroelektronik giver således grænsefladen fra kvantesystemer til omverdenen. Ud over ydeevnekravene kræver nogle applikationer, at systemerne afkøles til ekstremt lave temperaturer. Dette resulterer i yderligere krav til den mekaniske struktur og til den elektriske udformning af kredsløbene.
Sammenlignet med andre applikationer vil mængderne ikke være særligt store, selvom kvanteapplikationer når et kommercielt gennembrudspunkt. På den anden side kræver mange kvanteapplikationer ofte meget tilpassede kredsløb, for eksempel med hensyn til de spændingsniveauer, de skal behandle eller levere. Desuden er databehandlingskravene nogle gange ekstremt høje, så kun de mest moderne kredsløbskoncepter og kredsløb kan opfylde dem. Ofte skal elektronikken også monteres på det mindst mulige installationsrum, enten på grund af applikationens krav eller fordi den er placeret i et kryostatisk domæne. Derfor forventes nye designkoncepter såsom chiplets at opfylde disse krav.
*****
Massachusetts tager kvanteteknologi fra teori til forretning
Massachusetts bygger et fundament for en kvanteteknologisk økonomi. Quantum News Briefs deler flere af de kvanteteknologiske projekter, der finansieres i staten.
Et tilskud på 3.5 millioner dollars fra Massachusetts Housing and Economic Development vil hjælpe Northeastern University med at etablere Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL) på dets Innovation Campus i Burlington. Tilskuddet, som er en del af Collaborative Research & Development Matching Grant Program og administreres af Innovation Institute ved Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), vil støtte projektet på næsten 10 millioner dollars.
Finansieringen vil styrke EQUALs partnerskaber med staten, ni akademiske institutioner og 23 industripartnere, mens de arbejder på at strømline forsknings-til-kommercialiserings-pipelinen for kvanteteknologier.
På EQUAL's Building V laboratorium vil studerende og forskere være i stand til at anvende nye kvanteteknologier på det kommercielle niveau med det samme.
I april annoncerede Commonwealth finansiering til et mindre kvantesamarbejde mellem forskningscentrene ved University of Massachusetts i Boston, Western New England University og tre Massachusetts-baserede små virksomheder. Indsatsen har til formål at sætte skub i udviklingen og kommercialiseringen af kvantecomputerhardware og støtte udvikling af arbejdsstyrke til kvanteinformationsindustrien.
*****
Kvantebatteriets gennembrud baner vejen mod 90 sekunders genopladning af køretøjet
Kvantebatterier bruger de samme bizarre egenskaber fra kvantemekanikken, som gør næste generations kvantecomputere mulige, selvom de i stedet for at øge processorkraften i computere i høj grad kunne muliggøre øjeblikkelig genopladning af et køretøj på kun 90 sekunder, ifølge en nylig artikel af Anthony Cuthbertson i Independent. Quantum News Briefs opsummerer nedenfor.
Et hold bestående af forskere fra Institute of Basic Science i Korea og University of Insubria i Italien fik gennembruddet i retning af at realisere denne teknologi ved at gøre brug af et kvantemekanisk system kendt som mikromaseren.
Den bruger et elektromagnetisk felt til at lagre energi opladet gennem en strøm af qubits, samtidig med at den beskytter mod risikoen for overopladning. Den bruger et elektromagnetisk felt til at lagre energi opladet gennem en strøm af qubits, samtidig med at den beskytter mod risikoen for overopladning. Forskerne beskrev en mikromaser som "en fremragende model af kvantebatteri", og demonstrerede med succes, at opladningsprocessen er hurtigere end klassisk opladning.
De sydkoreanske forskere har allerede beregnet, at kvantebatteriteknologi kan reducere elbilers opladningstider i hjemmet fra 10 timer til kun tre minutter, mens supercharger-stationer kan genoplade et køretøj fuldt ud på kun 90 sekunder. I en undersøgelse offentliggjort tidligere i år bemærkede forskerne, hvordan et kvantebatteris opladningstid faktisk falder, efterhånden som batteriets størrelse bliver større. Dette skyldes et fænomen kendt som quantum speedup, som relaterer sig til den måde, hvorpå molekylerne bliver mere viklet ind i takt med, at batteriet bliver større.
*****
Sandra K. Helsel, ph.d. har forsket og rapporteret om grænseteknologier siden 1990. Hun har sin ph.d. fra University of Arizona.
