By Σάντρα Χέλσελ δημοσιεύτηκε 16 Σεπτεμβρίου 2022
Quantum News Briefs σήμερα ανοίγει με την ανακοίνωση του D-wave για μια μελέτη ορόσημο που περιγράφει λεπτομερώς την πρώτη μεγάλης κλίμακας επίδειξη συνεκτικής κβαντικής ανόπτησης ακολουθούμενη από ένα άρθρο «Οι μηχανικές εφαρμογές που απαιτούνται για την αξιοποίηση των κβαντικών τεχνολογιών ανοίγουν τεχνολογικές ευκαιρίες». Τρίτον είναι μια ματιά στο πώς η πολιτεία της MA χρηματοδοτεί και χτίζει την υποδομή για να μεταφέρει την κβαντική τεχνολογία από τη θεωρία στην επιχείρηση. Κι αλλα.
*****
Το D-Wave επιδεικνύει μεγάλης κλίμακας συνεκτική κβαντική ανόπτηση
Η D-Wave Quantum Inc. (NYSE: QBTS) δημοσίευσε μια μελέτη ορόσημο με αξιολόγηση από ομοτίμους της πρώτης μεγάλης κλίμακας επίδειξης συνεκτικής κβαντικής ανόπτησης. Το Quantum Briefs News συνοψίζει α ανακοινωτές ειδήσεωνt σχετικά με την παρακάτω μελέτη.
Η έρευνα παρουσιάζει, για πρώτη φορά, τη δυναμική μιας κβαντικής μετάβασης φάσης σε έναν μεγάλης κλίμακας προγραμματιζόμενο επεξεργαστή κβαντικής ανόπτησης που χρησιμοποιεί έως και 2000 qubits σε έναν επεξεργαστή D-Wave. Αυτή η επίδειξη υπερβαίνει την κλίμακα οποιασδήποτε προηγούμενης προγραμματιζόμενης μετάβασης κβαντικής φάσης, ανοίγοντας την πόρτα σε προσομοιώσεις εξωτικών φάσεων της ύλης (ασυνήθιστες καταστάσεις ύλης, εκτός υγρού, στερεού ή αερίου, που αποτελούν το σύμπαν) που διαφορετικά θα ήταν δυσεπίλυτες.
Η εργασία - μια συνεργασία μεταξύ επιστημόνων από το D-Wave, το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο και το Ιατρικό Πανεπιστήμιο της Σαϊτάμα - με τίτλο "Συνεπής κβαντική ανόπτηση σε μια προγραμματιζόμενη αλυσίδα Ising 2000-qubit", δημοσιεύτηκε στο peer- αναθεωρημένο περιοδικό Φυσική της Φύσης σήμερα και είναι διαθέσιμο εδώ. Η μελέτη δείχνει ότι ο πλήρως προγραμματιζόμενος κβαντικός επεξεργαστής D-Wave μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ακριβής προσομοιωτής συνεκτικής κβαντικής δυναμικής σε μεγάλες κλίμακες. Αυτό αποδείχθηκε δείχνοντας τα μοτίβα των «στρέψεων» που διαχωρίζουν τα συσχετισμένα σπιν σε σχεδόν τέλεια συμφωνία με τις ακριβείς αναλυτικές λύσεις της περίφημης εξίσωσης Schrodinger για ένα ιδανικό κβαντικό σύστημα, εντελώς απομονωμένο από τον εξωτερικό θόρυβο. Η πυκνότητα και η απόσταση των στρεβλώσεων εξαρτώνται, μεταξύ άλλων, από την ταχύτητα και την «κβαντικότητα» του πειράματος. Οι μετρήσεις των παραμέτρων ενός qubit αποδείχθηκαν ότι προβλέπουν με ακρίβεια τη συμπεριφορά συστημάτων από 8 έως 2000 qubit, επιδεικνύοντας υψηλά επίπεδα ελέγχου σε κβαντικές προσομοιώσεις σε όλες τις κλίμακες.
Η σημασία αυτού του επιτεύγματος υπερβαίνει τη βασική επιστημονική πτυχή της κατανόησης των μεταπτώσεων κβαντικής φάσης σε μονοδιάστατη ύλη. Καθιερώνοντας την τεχνική βάση για μεγάλης κλίμακας κβαντικές προσομοιώσεις, έχει ανοίξει το δρόμο για την επιστημονική κατανόηση των ιδιοτήτων ενός ευρύτερου φάσματος κβαντικών υλικών.
Επιπλέον, τα επιστημονικά επιτεύγματα που παρουσιάζονται στο Nature Physics στηρίζουν τη συνεχή δέσμευση της D-Wave για αμείλικτη επιστημονική καινοτομία και παράδοση προϊόντων.
*****
Οι εφαρμογές μηχανικής που απαιτούνται για την αξιοποίηση των κβαντικών τεχνολογιών ανοίγουν τεχνολογικές ευκαιρίες
Η μετάβαση του πεδίου της κβαντικής μηχανικής σε εφαρμογές μηχανικής ανοίγει έναν μεγάλο αριθμό διασπαστικών ευκαιριών κβαντικής τεχνολογίας. Το Quantum News Briefs συνοψίζει ένα πρόσφατο άρθρο του in Μηχανική Ημιαγωγών από τους Kay-Uwe Giering και Andy Heinig που εξηγούν τις ευκαιρίες.
Η μικροηλεκτρονική διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην αξιοποίηση των κβαντικών τεχνολογιών ως μελλοντικών βασικών τεχνολογιών. Από τη μία πλευρά, οι διαδικασίες ημιαγωγών αποτελούν σημαντικό μέρος της δημιουργίας κβαντικών τεχνολογικών συστημάτων. Πάνω από όλα, ωστόσο, απαιτούνται ηλεκτρονικά τσιπ υψηλής απόδοσης για τον έλεγχο των κβαντικών ρυθμίσεων και την επεξεργασία των εκτεταμένων δεδομένων μέτρησης που προκύπτουν. Η μικροηλεκτρονική παρέχει έτσι τη διεπαφή από τα κβαντικά συστήματα στον έξω κόσμο. Εκτός από τις απαιτήσεις απόδοσης, ορισμένες εφαρμογές απαιτούν τα συστήματα να ψύχονται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα πρόσθετες απαιτήσεις για τη μηχανική δομή και για τον ηλεκτρικό σχεδιασμό των κυκλωμάτων.
Σε σύγκριση με άλλες εφαρμογές, οι ποσότητες δεν θα είναι ιδιαίτερα μεγάλες ακόμη και αν οι κβαντικές εφαρμογές φτάσουν σε ένα εμπορικό σημείο πρωτοπορίας. Από την άλλη πλευρά, πολλές κβαντικές εφαρμογές απαιτούν συχνά εξαιρετικά προσαρμοσμένα κυκλώματα, για παράδειγμα, όσον αφορά τα επίπεδα τάσης που πρέπει να επεξεργαστούν ή να παρέχουν. Επιπλέον, οι απαιτήσεις επεξεργασίας δεδομένων είναι μερικές φορές εξαιρετικά υψηλές, έτσι ώστε μόνο οι πιο σύγχρονες έννοιες και κυκλώματα κυκλωμάτων μπορούν να τις καλύψουν. Συχνά, τα ηλεκτρονικά πρέπει επίσης να τοποθετούνται στον μικρότερο δυνατό χώρο εγκατάστασης, είτε λόγω των απαιτήσεων της εφαρμογής είτε επειδή βρίσκονται σε κρυοστατική περιοχή. Ως εκ τούτου, οι νέες ιδέες σχεδίασης, όπως τα chiplets, αναμένεται να πληρούν αυτές τις απαιτήσεις.
*****
Η Μασαχουσέτη μεταφέρει την κβαντική τεχνολογία από τη θεωρία στην επιχείρηση
Η Μασαχουσέτη χτίζει τα θεμέλια για μια οικονομία κβαντικής τεχνολογίας. Η Quantum News Briefs μοιράζεται αρκετά από τα έργα κβαντικής τεχνολογίας που χρηματοδοτούνται στην πολιτεία.
Μια επιχορήγηση 3.5 εκατομμυρίων δολαρίων από το Massachusetts Housing and Economic Development θα βοηθήσει το Northeastern University να ιδρύσει τα Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL) στην Πανεπιστημιούπολη Καινοτομίας του στο Μπέρλινγκτον. Η επιχορήγηση, μέρος του Προγράμματος Συνεργατικής Έρευνας & Ανάπτυξης Matching Grant και διαχειρίζεται το Ινστιτούτο Καινοτομίας στο Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), θα υποστηρίξει το έργο σχεδόν 10 εκατομμυρίων δολαρίων.
Η χρηματοδότηση θα ενισχύσει τις συνεργασίες της EQUAL με το κράτος, εννέα ακαδημαϊκά ιδρύματα και 23 βιομηχανικούς εταίρους καθώς εργάζονται για τον εξορθολογισμό του αγωγού έρευνας έως εμπορευματοποίησης για τις κβαντικές τεχνολογίες.
Στο εργαστήριο Building V της EQUAL, οι φοιτητές και οι ερευνητές θα μπορούν να εφαρμόσουν αμέσως νέες κβαντικές τεχνολογίες σε εμπορικό επίπεδο.
Τον Απρίλιο, η κοινοπολιτεία ανακοίνωσε χρηματοδότηση για μια μικρότερη κβαντική συνεργασία μεταξύ των ερευνητικών κέντρων στο Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στη Βοστώνη, στο Πανεπιστήμιο της Δυτικής Νέας Αγγλίας και τρεις μικρές επιχειρήσεις με έδρα τη Μασαχουσέτη. Η προσπάθεια στοχεύει να ενισχύσει την ανάπτυξη και την εμπορευματοποίηση του υλικού κβαντικών υπολογιστών και να υποστηρίξει την ανάπτυξη εργατικού δυναμικού για τη βιομηχανία κβαντικών πληροφοριών.
*****
Η ανακάλυψη της κβαντικής μπαταρίας ανοίγει τον δρόμο για επαναφόρτιση 90 δευτερολέπτων του οχήματος
Οι κβαντικές μπαταρίες χρησιμοποιούν τις ίδιες περίεργες ιδιότητες της κβαντικής μηχανικής που καθιστούν δυνατούς τους κβαντικούς υπολογιστές επόμενης γενιάς, αν και αντί να αυξάνουν σημαντικά την επεξεργαστική ισχύ των υπολογιστών, θα μπορούσαν να επιτρέψουν την άμεση επαναφόρτιση ενός οχήματος σε μόλις 90 δευτερόλεπτα, σύμφωνα με πρόσφατο άρθρο του Ο Άντονι Κάθμπερτσον στον Independent. Το Quantum News Briefs συνοψίζει παρακάτω.
Μια ομάδα αποτελούμενη από επιστήμονες από το Ινστιτούτο Βασικής Επιστήμης στην Κορέα και το Πανεπιστήμιο Insubria στην Ιταλία έκανε την σημαντική ανακάλυψη προς την υλοποίηση αυτής της τεχνολογίας χρησιμοποιώντας ένα κβαντικό μηχανικό σύστημα γνωστό ως μικρομέιζερ.
Χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο για την αποθήκευση ενέργειας που φορτίζεται μέσω ενός ρεύματος qubits, ενώ ταυτόχρονα προστατεύει από τον κίνδυνο υπερφόρτισης. Χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο για την αποθήκευση ενέργειας που φορτίζεται μέσω ενός ρεύματος qubits, ενώ ταυτόχρονα προστατεύει από τον κίνδυνο υπερφόρτισης. Οι ερευνητές περιέγραψαν έναν μικρομέιζερ ως «ένα εξαιρετικό μοντέλο κβαντικής μπαταρίας» και απέδειξαν με επιτυχία ότι η διαδικασία φόρτισης είναι ταχύτερη από την κλασική φόρτιση.
Οι Νοτιοκορεάτες ερευνητές έχουν ήδη υπολογίσει ότι η τεχνολογία κβαντικών μπαταριών θα μπορούσε να μειώσει τους χρόνους φόρτισης των ηλεκτρικών αυτοκινήτων στο σπίτι από 10 ώρες σε μόλις τρία λεπτά, ενώ οι σταθμοί υπερσυμπιεστών θα μπορούσαν να επαναφορτίσουν πλήρως ένα όχημα σε μόλις 90 δευτερόλεπτα. Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε νωρίτερα αυτό το έτος, οι επιστήμονες παρατήρησαν πώς ο χρόνος φόρτισης μιας κβαντικής μπαταρίας μειώνεται πραγματικά καθώς το μέγεθος της μπαταρίας μεγαλώνει. Αυτό οφείλεται σε ένα φαινόμενο γνωστό ως κβαντική επιτάχυνση, το οποίο σχετίζεται με τον τρόπο που τα μόρια μπλέκονται περισσότερο καθώς η μπαταρία μεγαλώνει.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. ασχολείται με την έρευνα και την αναφορά σε τεχνολογίες αιχμής από το 1990. Έχει το διδακτορικό της. από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.
