By Sandra Helsel postat 16 september 2022
Quantum News Briefs idag inleds med D-waves tillkännagivande av en milstolpestudie som beskriver den första storskaliga demonstrationen av koherent kvantglödgning följt av en artikel "Engineering applications needed to harness quantum technology open up technological opportunities". För det tredje är en titt på hur staten MA finansierar och bygger infrastrukturen för att ta kvantteknik från teori till affärsverksamhet. Och mer.
*****
D-Wave demonstrerar storskalig koherent kvantglödgning
D-Wave Quantum Inc. (NYSE: QBTS) har publicerat en peer-reviewed milstolpestudie av den första storskaliga demonstrationen av koherent kvantglödgning. Quantum Briefs News sammanfattar en nyhetsmeddelandent om studien nedan.
Forskningen visar för första gången dynamiken i en kvantfasövergång i en storskalig programmerbar kvantglödgningsprocessor som använder upp till 2000 qubits i en D-Wave-processor. Denna demonstration går utöver skalan för någon tidigare programmerbar kvantfasövergång, och öppnar dörren till simuleringar av exotiska faser av materia (ovanliga tillstånd av materia, utanför vätska, fast eller gas, som utgör universum) som annars skulle vara svårhanterliga.
Uppsatsen – ett samarbete mellan forskare från D-Wave, University of Southern California, Tokyo Institute of Technology och Saitama Medical University – med titeln "Coherent quantum annealing in a programmeable 2000-qubit Ising chain", publicerades i peer- granskad tidskrift Naturfysik idag och är tillgänglig här.. Studien visar att den fullt programmerbara D-Wave kvantprocessorn kan användas som en exakt simulator av koherent kvantdynamik i stor skala. Detta demonstrerades genom att visa mönstren av "kinks" som separerar korrelerade snurr i nästan perfekt överensstämmelse med exakta analytiska lösningar av den berömda Schrodinger-ekvationen för ett idealiskt kvantsystem, helt isolerat från yttre brus. Tätheten och avståndet mellan kinks beror bland annat på experimentets hastighet och "kvantitet". Mätningar av en-qubit-parametrar visade sig exakt förutsäga beteendet hos system från 8 till 2000 qubits, vilket visar höga nivåer av kontroll i kvantsimuleringar på alla skalor.
Betydelsen av denna prestation går utöver den grundläggande vetenskapliga aspekten av att förstå kvantfasövergångar i endimensionell materia. Genom att etablera den tekniska grunden för storskaliga kvantsimuleringar har det banat väg för att vetenskapligt förstå egenskaperna hos ett bredare utbud av kvantmaterial.
Vidare stödjer de vetenskapliga framgångarna som presenteras i Nature Physics D-Waves pågående engagemang för obeveklig vetenskaplig innovation och produktleverans.
*****
Tekniska tillämpningar som behövs för att utnyttja kvantteknologier öppnar upp för tekniska möjligheter
Övergången från den kvantmekaniska sfären till ingenjörsapplikationer öppnar upp ett stort antal störande kvantteknologiska möjligheter. Quantum News Briefs sammanfattar en ny artikel av in Semiconductor Engineering av Kay-Uwe Giering och Andy Heinig som förklarar möjligheterna.
Mikroelektronik spelar en avgörande roll för att utnyttja kvantteknologier som framtida nyckelteknologier. Å ena sidan är halvledarprocesser en viktig del av att skapa kvantteknologiska system. Framför allt behövs dock högpresterande elektroniska chip för att kontrollera kvantuppsättningarna och bearbeta de resulterande omfattande mätdata. Mikroelektronik ger alltså gränssnittet från kvantsystem till omvärlden. Utöver prestandakraven kräver vissa applikationer att systemen kyls till extremt låga temperaturer. Detta resulterar i ytterligare krav på den mekaniska strukturen och på den elektriska utformningen av kretsarna.
Jämfört med andra applikationer blir mängderna inte särskilt stora även om kvantapplikationer når en kommersiell genombrottspunkt. Å andra sidan kräver många kvanttillämpningar ofta mycket anpassade kretsar, till exempel när det gäller de spänningsnivåer de behöver bearbeta eller tillhandahålla. Dessutom är databehandlingskraven ibland extremt höga, så att endast de modernaste kretskoncepten och kretsarna kan uppfylla dem. Ofta måste elektroniken också passa i minsta möjliga installationsutrymme, antingen på grund av applikationens krav eller för att den är placerad i en kryostatisk domän. Därför förväntas nya designkoncept som chiplets uppfylla dessa krav.
*****
Massachusetts tar kvantteknik från teori till affär
Massachusetts bygger en grund för en kvantteknologisk ekonomi. Quantum News Briefs delar flera av de kvantteknikprojekt som finansieras i staten.
Ett anslag på 3.5 miljoner dollar från Massachusetts Housing and Economic Development kommer att hjälpa Northeastern University att etablera Experiential Quantum Advancement Laboratories (EQUAL) på dess Innovation Campus i Burlington. Bidraget, en del av Collaborative Research & Development Matching Grant Program och administreras av Innovation Institute vid Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), kommer att stödja projektet på nästan 10 miljoner dollar.
Finansieringen kommer att stärka EQUAL:s partnerskap med staten, nio akademiska institutioner och 23 industripartners när de arbetar för att effektivisera forsknings-till-kommersialiseringspipelinen för kvantteknologi.
På EQUALs Building V-laboratorium kommer studenter och forskare att kunna tillämpa nya kvantteknologier på kommersiell nivå direkt.
I april tillkännagav samväldet finansiering för ett mindre kvantsamarbete mellan forskningscentra vid University of Massachusetts i Boston, Western New England University och tre Massachusetts-baserade småföretag. Insatsen syftar till att öka utvecklingen och kommersialiseringen av kvantdatorhårdvara och stödja utvecklingen av arbetskraft för kvantinformationsindustrin.
*****
Kvantbatteriets genombrott banar väg mot 90 sekunders uppladdning av fordonet
Kvantbatterier använder samma bisarra egenskaper hos kvantmekaniken som gör nästa generations kvantdatorer möjliga, men istället för att kraftigt öka processorkraften hos datorer skulle de kunna möjliggöra omedelbar laddning av ett fordon på bara 90 sekunder, enligt en ny artikel av Anthony Cuthbertson i Independent. Quantum News Briefs sammanfattar nedan.
Ett team bestående av forskare från Institute of Basic Science i Korea och University of Insubria i Italien gjorde genombrottet mot att förverkliga denna teknik genom att använda ett kvantmekaniskt system som kallas mikromaser.
Den använder ett elektromagnetiskt fält för att lagra energi laddad genom en ström av qubits, samtidigt som den skyddar mot risken för överladdning. Den använder ett elektromagnetiskt fält för att lagra energi laddad genom en ström av qubits, samtidigt som den skyddar mot risken för överladdning. Forskarna beskrev en mikromaser som "en utmärkt modell av kvantbatteri" och visade framgångsrikt att laddningsprocessen är snabbare än klassisk laddning.
De sydkoreanska forskarna har redan beräknat att kvantbatteritekniken kan minska laddningstiden för elbilar i hemmet från 10 timmar till bara tre minuter, medan kompressorstationer kan ladda ett fordon helt på bara 90 sekunder. I en studie publicerad tidigare i år, noterade forskarna hur ett kvantbatteris laddningstid faktiskt minskar när batteriets storlek blir större. Detta beror på ett fenomen som kallas quantum speedup, som relaterar till hur molekylerna blir mer intrasslade när batteriet blir större.
*****
Sandra K. Helsel, Ph.D. har forskat och rapporterat om frontier-teknologier sedan 1990. Hon har sin Ph.D. från University of Arizona.
