By Sandra Hessel geplaatst 16 sep 2022
Quantum News Briefs vandaag opent met D-wave's aankondiging van een mijlpaalstudie waarin de eerste grootschalige demonstratie van coherente kwantumgloeiing wordt beschreven, gevolgd door een artikel "Technische toepassingen die nodig zijn om kwantumtechnologieën te benutten, openen technologische kansen". Ten derde bekijken we hoe de staat MA de infrastructuur financiert en opbouwt om kwantumtechnologie van theorie naar bedrijf te brengen. En meer.
*****
D-Wave demonstreert grootschalige coherente kwantumgloeiing
D-Wave Quantum Inc. (NYSE: QBTS) heeft een collegiaal getoetste mijlpaalstudie gepubliceerd van de eerste grootschalige demonstratie van coherente kwantumgloeiing. Quantum Briefs News vat een nieuws omroeperst over de onderstaande studie.
Het onderzoek toont voor het eerst de dynamiek van een kwantumfase-overgang in een grootschalige programmeerbare kwantumgloeiprocessor die tot 2000 qubits gebruikt in een D-Wave-processor. Deze demonstratie gaat verder dan de schaal van enige eerdere programmeerbare kwantumfase-overgang en opent de deur naar simulaties van exotische fasen van materie (ongebruikelijke toestanden van materie, buiten vloeistof, vaste stof of gas, waaruit het universum bestaat) die anders hardnekkig zouden zijn.
Het artikel, een samenwerking tussen wetenschappers van D-Wave, de University of Southern California, het Tokyo Institute of Technology en Saitama Medical University, getiteld "Coherent quantum annealing in a programmeerable 2000-qubit Ising chain", werd gepubliceerd in de peer- gerecenseerd tijdschrift Natuurfysica vandaag en is beschikbaar hier. De studie toont aan dat de volledig programmeerbare D-Wave-kwantumprocessor kan worden gebruikt als een nauwkeurige simulator van coherente kwantumdynamica op grote schaal. Dit werd gedemonstreerd en toonde de patronen van "knikken" die gecorreleerde spins scheiden in bijna perfecte overeenstemming met exacte analytische oplossingen van de beroemde Schrödingervergelijking voor een ideaal kwantumsysteem, volledig geïsoleerd van externe ruis. De dichtheid en afstand van knikken hangt onder andere af van de snelheid en "quantumness" van het experiment. Metingen van single-qubit-parameters bleken het gedrag van systemen van 8 tot 2000 qubits nauwkeurig te voorspellen, wat een hoge mate van controle aantoont in kwantumsimulaties op alle schalen.
De betekenis van deze prestatie gaat verder dan het fundamentele wetenschappelijke aspect van het begrijpen van kwantumfase-overgangen in eendimensionale materie. Door de technische basis te leggen voor grootschalige kwantumsimulaties, heeft het de weg geëffend voor een wetenschappelijk begrip van de eigenschappen van een breder scala aan kwantummaterialen.
Verder ondersteunen de wetenschappelijke prestaties die in Nature Physics worden gepresenteerd D-Wave's voortdurende inzet voor meedogenloze wetenschappelijke innovatie en productlevering.
*****
Technische toepassingen die nodig zijn om kwantumtechnologieën te benutten, bieden technologische kansen
De overgang van het domein van de kwantummechanica naar technische toepassingen opent een groot aantal ontwrichtende kwantumtechnologische kansen. Quantum News Briefs vat een recent artikel samen van in Semiconductor Engineering door Kay-Uwe Giering en Andy Heinig die uitleg geven over de mogelijkheden.
Micro-elektronica speelt een cruciale rol bij het benutten van kwantumtechnologieën als toekomstige sleuteltechnologieën. Enerzijds vormen halfgeleiderprocessen een belangrijk onderdeel bij het creëren van kwantumtechnologische systemen. Er zijn echter vooral krachtige elektronische chips nodig om de kwantumopstellingen aan te sturen en de resulterende uitgebreide meetgegevens te verwerken. Micro-elektronica zorgt daarmee voor de interface van kwantumsystemen naar de buitenwereld. Naast de prestatie-eisen vereisen sommige toepassingen dat de systemen worden gekoeld tot extreem lage temperaturen. Dit resulteert in aanvullende eisen aan de mechanische structuur en aan het elektrische ontwerp van de schakelingen.
In vergelijking met andere toepassingen zullen de hoeveelheden niet bijzonder groot zijn, zelfs als kwantumtoepassingen een commercieel doorbraakpunt bereiken. Aan de andere kant vereisen veel kwantumtoepassingen vaak sterk aangepaste circuits, bijvoorbeeld wat betreft de spanningsniveaus die ze moeten verwerken of leveren. Bovendien zijn de eisen aan de gegevensverwerking soms extreem hoog, zodat alleen de modernste schakelconcepten en schakelingen daaraan kunnen voldoen. Vaak moet de elektronica ook in een zo klein mogelijke inbouwruimte passen, hetzij vanwege de vereisten van de toepassing, hetzij omdat deze zich in een cryostatisch domein bevindt. Daarom wordt verwacht dat nieuwe ontwerpconcepten zoals chiplets aan deze vereisten zullen voldoen.
*****
Massachusetts brengt kwantumtechnologie van theorie naar bedrijf
Massachusetts legt een fundament voor een kwantumtechnologie-economie. Quantum News Briefs deelt verschillende van de kwantumtechnologieprojecten die in de staat worden gefinancierd.
Een subsidie van $ 3.5 miljoen van de Massachusetts Housing and Economic Development zal Northeastern University helpen bij het opzetten van de Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL) op haar Innovation Campus in Burlington. De subsidie, onderdeel van het Collaborative Research & Development Matching Grant Program en beheerd door het Innovation Institute van de Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), zal het project van bijna $ 10 miljoen ondersteunen.
De financiering zal de partnerschappen van EQUAL met de staat, negen academische instellingen en 23 industriële partners versterken terwijl zij werken aan het stroomlijnen van de onderzoeks-naar-commercialiseringspijplijn voor kwantumtechnologieën.
In het laboratorium in Gebouw V van EQUAL kunnen studenten en onderzoekers nieuwe kwantumtechnologieën direct commercieel toepassen.
In april kondigde het Gemenebest financiering aan voor een kleinere kwantumsamenwerking tussen de onderzoekscentra van de Universiteit van Massachusetts in Boston, de Western New England University en drie in Massachusetts gevestigde kleine bedrijven. De inspanning heeft tot doel de ontwikkeling en commercialisering van kwantumcomputerhardware te stimuleren en de ontwikkeling van het personeelsbestand voor de kwantuminformatie-industrie te ondersteunen.
*****
De doorbraak van de kwantumbatterij maakt de weg vrij voor het opladen van het voertuig in 90 seconden
Kwantumbatterijen gebruiken dezelfde bizarre eigenschappen van de kwantummechanica die kwantumcomputers van de volgende generatie mogelijk maken, maar in plaats van de verwerkingskracht van computers enorm te vergroten, zouden ze het mogelijk maken om een voertuig in slechts 90 seconden onmiddellijk op te laden, volgens een recent artikel van Anthony Cuthbertson in de Independent. Quantum News Briefs vat hieronder samen.
Een team bestaande uit wetenschappers van het Institute of Basic Science in Korea en de University of Insubria in Italië zorgde voor de doorbraak in de realisatie van deze technologie door gebruik te maken van een kwantummechanisch systeem dat bekend staat als de micromaser.
Het gebruikt een elektromagnetisch veld om energie op te slaan die is opgeladen via een stroom qubits, terwijl het tegelijkertijd beschermt tegen het risico van overladen. De onderzoekers beschreven een micromaser als "een uitstekend model van een kwantumbatterij", en toonden met succes aan dat het laadproces sneller is dan klassiek opladen.
De Zuid-Koreaanse onderzoekers hebben al berekend dat kwantumbatterijtechnologie de thuislaadtijd van elektrische auto's kan verkorten van 10 uur tot slechts drie minuten, terwijl supercharge stations een voertuig in slechts 90 seconden volledig kunnen opladen. In een studie die eerder dit jaar werd gepubliceerd, merkten de wetenschappers op hoe de oplaadtijd van een kwantumbatterij daadwerkelijk afneemt naarmate de batterij groter wordt. Dit komt door een fenomeen dat bekend staat als kwantumversnelling, dat betrekking heeft op de manier waarop de moleculen meer verstrengeld raken naarmate de batterij groter wordt.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. doet sinds 1990 onderzoek naar en rapporteert over grenstechnologieën. Ze heeft haar Ph.D. van de Universiteit van Arizona.
