By Sandra Helsel lagt ut 16. september 2022
Quantum News Briefs i dag åpner med D-waves kunngjøring av en milepælsstudie som beskriver den første storskala demonstrasjonen av koherent kvanteutglødning etterfulgt av en artikkel "Engineering applications needed to harness quantum technologys open up technological opportunities". For det tredje er en titt på hvordan staten MA finansierer og bygger infrastrukturen for å ta kvanteteknologi fra teori til virksomhet. Og mer.
*****
D-Wave demonstrerer koherent kvanteutglødning i stor skala
D-Wave Quantum Inc. (NYSE: QBTS) har publisert en fagfellevurdert milepælsstudie av den første storskala demonstrasjonen av koherent kvanteutglødning. Quantum Briefs News oppsummerer en nyhetskunngjøreret om studien nedenfor.
Forskningen viser for første gang dynamikken til en kvantefaseovergang i en storskala programmerbar kvanteutglødningsprosessor som bruker opptil 2000 qubits i en D-Wave-prosessor. Denne demonstrasjonen går utover omfanget av enhver tidligere programmerbar kvantefaseovergang, og åpner døren for simuleringer av eksotiske faser av materie (uvanlige tilstander av materie, utenfor væske, fast eller gass, som utgjør universet) som ellers ville vært vanskelig å behandle.
Artikkelen - et samarbeid mellom forskere fra D-Wave, University of South California, Tokyo Institute of Technology og Saitama Medical University - med tittelen "Coherent quantum annealing in a programmeable 2000-qubit Ising-chain," ble publisert i peer- anmeldt journal Naturfysikk i dag og er tilgjengelig her.. Studien viser at den fullt programmerbare D-Wave kvanteprosessoren kan brukes som en nøyaktig simulator av koherent kvantedynamikk i store skalaer. Dette ble demonstrert ved å vise mønstrene av "knekk" som skiller korrelerte spinn i nesten perfekt samsvar med nøyaktige analytiske løsninger av den berømte Schrodinger-ligningen for et ideelt kvantesystem, fullstendig isolert fra støy fra utsiden. Tettheten og avstanden mellom kinks avhenger blant annet av hastigheten og "kvanteheten" til eksperimentet. Målinger av enkelt-qubit-parametere ble vist å nøyaktig forutsi oppførselen til systemer fra 8 til 2000 qubits, og demonstrerte høye nivåer av kontroll i kvantesimuleringer på alle skalaer.
Betydningen av denne prestasjonen går utover det grunnleggende vitenskapelige aspektet ved å forstå kvantefaseoverganger i endimensjonal materie. Ved å etablere det tekniske grunnlaget for storskala kvantesimuleringer, har det banet vei for vitenskapelig forståelse av egenskapene til et bredere spekter av kvantematerialer.
Videre underbygger de vitenskapelige prestasjonene som presenteres i Nature Physics D-Waves pågående forpliktelse til nådeløs vitenskapelig innovasjon og produktlevering.
*****
Tekniske applikasjoner som trengs for å utnytte kvanteteknologier åpner for teknologiske muligheter
Overgangen av kvantemekanikkområdet til ingeniørapplikasjoner åpner for et stort antall forstyrrende kvanteteknologiske muligheter. Quantum News Briefs oppsummerer en fersk artikkel av in Semiconductor Engineering av Kay-Uwe Giering og Andy Heinig som forklarer mulighetene.
Mikroelektronikk spiller en avgjørende rolle i å utnytte kvanteteknologier som fremtidige nøkkelteknologier. På den ene siden er halvlederprosesser en viktig del av å skape kvanteteknologiske systemer. Fremfor alt er det imidlertid nødvendig med høyytelses elektroniske brikker for å kontrollere kvanteoppsettene og behandle de resulterende omfattende måledataene. Mikroelektronikk gir dermed grensesnittet fra kvantesystemer til omverdenen. I tillegg til ytelseskravene krever enkelte applikasjoner at systemene kjøles ned til ekstremt lave temperaturer. Dette resulterer i tilleggskrav til den mekaniske strukturen og til den elektriske utformingen av kretsene.
Sammenlignet med andre applikasjoner vil ikke mengdene være spesielt store selv om kvanteapplikasjoner når et kommersielt gjennombruddspunkt. På den annen side krever mange kvanteapplikasjoner ofte svært tilpassede kretser, for eksempel når det gjelder spenningsnivåene de trenger å behandle eller gi. Videre er databehandlingskravene noen ganger ekstremt høye, slik at bare de mest moderne kretskonseptene og kretsene kan oppfylle dem. Ofte må elektronikken også passes på minst mulig installasjonsplass, enten på grunn av kravene til applikasjonen eller fordi den er plassert i et kryostatisk domene. Derfor forventes nye designkonsepter som chiplets å oppfylle disse kravene.
*****
Massachusetts tar kvanteteknologi fra teori til virksomhet
Massachusetts bygger et grunnlag for en kvanteteknologiøkonomi. Quantum News Briefs deler flere av kvanteteknologiprosjektene som blir finansiert i staten.
Et tilskudd på 3.5 millioner dollar fra Massachusetts Housing and Economic Development vil hjelpe Northeastern University med å etablere Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL) på Innovation Campus i Burlington. Tilskuddet, en del av Collaborative Research & Development Matching Grant-programmet og administrert av Innovation Institute ved Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), vil støtte prosjektet på nesten 10 millioner dollar.
Finansieringen vil styrke EQUALs partnerskap med staten, ni akademiske institusjoner og 23 industripartnere mens de arbeider for å effektivisere forsknings-til-kommersialiserings-pipelinen for kvanteteknologier.
Ved EQUALs Building V-laboratorium vil studenter og forskere kunne ta i bruk nye kvanteteknologier på det kommersielle nivået med en gang.
I april kunngjorde samveldet finansiering for et mindre kvantesamarbeid mellom forskningssentrene ved University of Massachusetts i Boston, Western New England University og tre Massachusetts-baserte småbedrifter. Innsatsen tar sikte på å øke utviklingen og kommersialiseringen av kvantedatamaskinvare og støtte arbeidsstyrkeutvikling for kvanteinformasjonsindustrien.
*****
Kvantebatteriets gjennombrudd baner vei mot 90 sekunders lading av kjøretøyet
Kvantebatterier bruker de samme bisarre egenskapene til kvantemekanikken som gjør neste generasjons kvantedatamaskiner mulig, men i stedet for å øke prosessorkraften til datamaskiner enormt, kan de muliggjøre umiddelbar opplading av et kjøretøy på bare 90 sekunder, ifølge en fersk artikkel av Anthony Cuthbertson i Independent. Quantum News Briefs oppsummerer nedenfor.
Et team bestående av forskere fra Institute of Basic Science i Korea og University of Insubria i Italia gjorde gjennombruddet mot å realisere denne teknologien ved å bruke et kvantemekanisk system kjent som mikromaseren.
Den bruker et elektromagnetisk felt for å lagre energi ladet gjennom en strøm av qubits, samtidig som den beskytter mot risikoen for overlading. Den bruker et elektromagnetisk felt til å lagre energi ladet gjennom en strøm av qubits, samtidig som den beskytter mot risikoen for overlading. Forskerne beskrev en mikromaser som "en utmerket modell av kvantebatteri", og demonstrerte vellykket at ladeprosessen er raskere enn klassisk lading.
De sørkoreanske forskerne har allerede beregnet at kvantebatteriteknologi kan redusere hjemmeladetiden til elbiler fra 10 timer til bare tre minutter, mens superladerstasjoner kan lade et kjøretøy fullt på bare 90 sekunder. I en studie publisert tidligere i år, la forskerne merke til hvordan ladetiden til et kvantebatteri faktisk avtar etter hvert som batteriets størrelse blir større. Dette skyldes et fenomen kjent som quantum speedup, som er relatert til måten molekylene blir mer sammenfiltret ettersom batteriet blir større.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. har forsket på og rapportert om frontier-teknologier siden 1990. Hun har sin Ph.D. fra University of Arizona.
