Физики разработали атомоподобный молекулярный датчик для обнаружения электромагнитных полей
Группы щелочных атомов в паровых ячейках — одни из самых универсальных систем для обнаружения электромагнитных полей, которые используются для производства самых чувствительных магнитометров. Но в таких паровых ячейках чувствительность магнитометров оказывается ограниченной.
Группа физиков предложила «жидкий» аналог, который может обеспечить более высокие числа плотности и более высокую химическую настраиваемость, таким образом потенциально преодолевая ограничения этой технологии.
Группы щелочных атомов в паровых ячейках — одни из самых универсальных систем для обнаружения электромагнитных полей, которые используются для производства самых чувствительных магнитометров. Но в таких паровых ячейках чувствительность магнитометров оказывается ограниченной.
Группа физиков предложила «жидкий» аналог, который может обеспечить более высокие числа плотности и более высокую химическую настраиваемость, таким образом потенциально преодолевая ограничения этой технологии.
Описаны особенности интеграции квантового процессора с классическим суперкомпьютером
Исследователи из Суперкомпьютерного центра Лейбница и финской компании IQM подробно описали особенности калибровки и оптимизации гибридной квантово-классической вычислительной системы. Они тестировали управление квантовым процессором в процессе его работы и фиксировали возникающие сложности. В результате ученые пришли к необходимости создания автоматизированной системы, которая осуществляла бы автоматическую калибровку системы и оптимальное распределение вычислительных ресурсов в зависимости от задачи.
Исследование проводилось с использованием 5-кубитного сверхпроводникового процессора IQM. В настоящее время в Суперкомпьютерном центре Лейбница планируется интегрировать и 20-кубитный ионный процессор.
Исследователи из Суперкомпьютерного центра Лейбница и финской компании IQM подробно описали особенности калибровки и оптимизации гибридной квантово-классической вычислительной системы. Они тестировали управление квантовым процессором в процессе его работы и фиксировали возникающие сложности. В результате ученые пришли к необходимости создания автоматизированной системы, которая осуществляла бы автоматическую калибровку системы и оптимальное распределение вычислительных ресурсов в зависимости от задачи.
Исследование проводилось с использованием 5-кубитного сверхпроводникового процессора IQM. В настоящее время в Суперкомпьютерном центре Лейбница планируется интегрировать и 20-кубитный ионный процессор.
Ученые НИЯУ МИФИ разработали прибор — квантовый гравиметр
По сути, гравиметр представляет собой сверхточные атомные часы, работающие на ионах стронция. С помощью лазерного излучения атомы стронция сначала замораживаются до сверхнизких температур, а затем (также с помощью лазера) активизируются, начиная ритмически испускать импульсы света. Разработанные в НИЯУ МИФИ атомные часы позволяют измерять время с точностью до 10^-16, то есть до одной десятиквадрильонной секунды.
При этом устройство может измерять не только время, но и уровень земной гравитации: согласно общей теории относительности, чем сильнее гравитация, тем медленнее идут часы, а излучаемый атомами свет смещается в красную сторону спектра.
Квантовый гравиметр способен отслеживать изменения гравитационного поля Земли с точностью более одной миллионной гала (гал — единица измерения ускорения, в частности свободного падения), в то время как у используемых сегодня маятниковых и баллистических гравиметров точности порядка от одной десятитысячной до одной стотысячной гала.
В перспективе квантовый гравиметр можно будет использовать в геологоразведке, прецизионной топографии и навигационном оборудовании.
По сути, гравиметр представляет собой сверхточные атомные часы, работающие на ионах стронция. С помощью лазерного излучения атомы стронция сначала замораживаются до сверхнизких температур, а затем (также с помощью лазера) активизируются, начиная ритмически испускать импульсы света. Разработанные в НИЯУ МИФИ атомные часы позволяют измерять время с точностью до 10^-16, то есть до одной десятиквадрильонной секунды.
При этом устройство может измерять не только время, но и уровень земной гравитации: согласно общей теории относительности, чем сильнее гравитация, тем медленнее идут часы, а излучаемый атомами свет смещается в красную сторону спектра.
Квантовый гравиметр способен отслеживать изменения гравитационного поля Земли с точностью более одной миллионной гала (гал — единица измерения ускорения, в частности свободного падения), в то время как у используемых сегодня маятниковых и баллистических гравиметров точности порядка от одной десятитысячной до одной стотысячной гала.
В перспективе квантовый гравиметр можно будет использовать в геологоразведке, прецизионной топографии и навигационном оборудовании.
Прогресс в создании спиновой квантовой памяти
Разработка квантовых систем, позволяющих генерировать, сохранять и извлекать по требованию информацию, является ключевым шагом в создании масштабируемых квантовых сетей. Поэтому мы пристально следим за новостями в этой области и спешим поделиться ими с вами.
В Кембриджском университете на основе углеродных вакансий в гексагональном нитриде бора создана квантовая память, работающая при комнатной температуре. Эксперимент показал, что полученные кубиты имеют энергетические переходы в видимом спектре и могут преобразовывать спин в оптическое излучение и обратно, а также обладают высокими временами когерентности.
Ученые из MIT, в свою очередь, продемонстрировали технологию для интеграции двумерного массива ячеек памяти на основе вакансий олова в алмазе. Спиновые кубиты изготовлены имплантированием ионов олова в алмазную пленку, ядерный спин вакансии работает как ячейка памяти, а связанный с ним спин электрона является эмиттером фотонов. Транзисторы, размещенные на подложке, позволяют точно настраивать рабочую частоту излучающих кубитов для передачи информации со множества кубитов одновременно, увеличивая пропускную способность интерфейса.
Разработка квантовых систем, позволяющих генерировать, сохранять и извлекать по требованию информацию, является ключевым шагом в создании масштабируемых квантовых сетей. Поэтому мы пристально следим за новостями в этой области и спешим поделиться ими с вами.
В Кембриджском университете на основе углеродных вакансий в гексагональном нитриде бора создана квантовая память, работающая при комнатной температуре. Эксперимент показал, что полученные кубиты имеют энергетические переходы в видимом спектре и могут преобразовывать спин в оптическое излучение и обратно, а также обладают высокими временами когерентности.
Ученые из MIT, в свою очередь, продемонстрировали технологию для интеграции двумерного массива ячеек памяти на основе вакансий олова в алмазе. Спиновые кубиты изготовлены имплантированием ионов олова в алмазную пленку, ядерный спин вакансии работает как ячейка памяти, а связанный с ним спин электрона является эмиттером фотонов. Транзисторы, размещенные на подложке, позволяют точно настраивать рабочую частоту излучающих кубитов для передачи информации со множества кубитов одновременно, увеличивая пропускную способность интерфейса.
Группа китайских ученых исследовала мозг на предмет квантовой запутанности
Современная наука ищет способы объяснить и исследовать сознание. Одно из предположений о его работе связывают с электромагнитными взаимодействиями мозга. Но как именно это происходит, остается загадкой. Ученые из Китая предположили, что здесь не обошлось без квантовой запутанности. В своей статье они объясняют, как запутанные фотоны в нервных клетках способны синхронизировать активность мозга.
Последние исследования заставили ученых вернуться к противоречивой теории сознания Orch-OR (Orchestrated Objective Reduction, «организованная объективная редукция») Пенроуза — Хамероффа, которая утверждает, что сети белковых микротрубочек действуют как своего рода квантовый компьютер, отвечающий за работу сознания.
В своих исследованиях китайские ученые фокусируются на миелине, оболочке из глиальных клеток, покрывающей отростки нейронов. В результате из углеродно-водородных связей в них периодически вырабатываются пары запутанных фотонов. Их движение через ионные волны биохимии мозга могут вызывать корреляции между процессами, которые играют центральную роль в способности мозга к синхронизации активности.
Впрочем, это всего лишь гипотеза, которую пока мало что подтверждает. Сегодня официальная наука очень далека от того, чтобы предъявить доказательства каких-либо иных процессов в мозге за пределами классической химии.
Современная наука ищет способы объяснить и исследовать сознание. Одно из предположений о его работе связывают с электромагнитными взаимодействиями мозга. Но как именно это происходит, остается загадкой. Ученые из Китая предположили, что здесь не обошлось без квантовой запутанности. В своей статье они объясняют, как запутанные фотоны в нервных клетках способны синхронизировать активность мозга.
Последние исследования заставили ученых вернуться к противоречивой теории сознания Orch-OR (Orchestrated Objective Reduction, «организованная объективная редукция») Пенроуза — Хамероффа, которая утверждает, что сети белковых микротрубочек действуют как своего рода квантовый компьютер, отвечающий за работу сознания.
В своих исследованиях китайские ученые фокусируются на миелине, оболочке из глиальных клеток, покрывающей отростки нейронов. В результате из углеродно-водородных связей в них периодически вырабатываются пары запутанных фотонов. Их движение через ионные волны биохимии мозга могут вызывать корреляции между процессами, которые играют центральную роль в способности мозга к синхронизации активности.
Впрочем, это всего лишь гипотеза, которую пока мало что подтверждает. Сегодня официальная наука очень далека от того, чтобы предъявить доказательства каких-либо иных процессов в мозге за пределами классической химии.
Пришло время для дайджеста новостей!
В Новосибирске разработали первый в РФ датчик влажности на основе графена
Ученые разработали устройство прибора, создали прототип и предложили сенсорную матрицу. Предполагается, что прибор будут применять на предприятиях химической, нефтяной, пищевой промышленности.
В ИТМО смогли имитировать работу нейронов головного мозга при помощи гибридных кристаллов
Ученые изучали поведение гибридных кристаллов под воздействием лазера. Открытие позволит эффективнее и быстрее обучать искусственные нейросети.
В Новосибирске разработали первый в РФ датчик влажности на основе графена
Ученые разработали устройство прибора, создали прототип и предложили сенсорную матрицу. Предполагается, что прибор будут применять на предприятиях химической, нефтяной, пищевой промышленности.
В ИТМО смогли имитировать работу нейронов головного мозга при помощи гибридных кристаллов
Ученые изучали поведение гибридных кристаллов под воздействием лазера. Открытие позволит эффективнее и быстрее обучать искусственные нейросети.
🚙 Гибридные квантовые алгоритмы помогли в проектировании автомобилей
Гибридные квантовые алгоритмы отличаются от чисто квантовых тем, что в своей работе задействуют и квантовый, и классический вычислитель. Кроме того, гибридные алгоритмы можно симулировать на классическом компьютере. Обычно их используют в оптимизационных задачах с большим числом параметров — тут они могут оказаться быстрее и полезнее классических алгоритмов.
Совместный проект компаний BMW, Classiq и NVIDIA нацелен на решение ряда сложных вычислительных задач при проектировании электрических схем, механических узлов и кузова автомобиля с помощью таких гибридных оптимизационных алгоритмов. Исследователям удалось ускорить некоторые вычисления с помощью алгоритма QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm) и HHL-алгоритма (Харроу, Хассидима и Ллойда). Последний из этих подходов использует амплитудное и цифровое кодирование для эффективного решения и преобразования сложных линейных уравнений.
Для тестирования и усовершенствования алгоритма свое оборудование предоставляла компания NVIDIA.
Гибридные квантовые алгоритмы отличаются от чисто квантовых тем, что в своей работе задействуют и квантовый, и классический вычислитель. Кроме того, гибридные алгоритмы можно симулировать на классическом компьютере. Обычно их используют в оптимизационных задачах с большим числом параметров — тут они могут оказаться быстрее и полезнее классических алгоритмов.
Совместный проект компаний BMW, Classiq и NVIDIA нацелен на решение ряда сложных вычислительных задач при проектировании электрических схем, механических узлов и кузова автомобиля с помощью таких гибридных оптимизационных алгоритмов. Исследователям удалось ускорить некоторые вычисления с помощью алгоритма QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm) и HHL-алгоритма (Харроу, Хассидима и Ллойда). Последний из этих подходов использует амплитудное и цифровое кодирование для эффективного решения и преобразования сложных линейных уравнений.
Для тестирования и усовершенствования алгоритма свое оборудование предоставляла компания NVIDIA.
Атомные кубиты поместили на интегральный чип
Ученые стараются создавать гибридные квантовые схемы, где, например, вычисления или хранение информации делает одна платформа, а связь между ними осуществляет другая. Это помогает избегать или нивелировать недостатки каждой из физических реализаций. При этом схемы для связи платформ стараются сделать как можно проще и миниатюрнее. Оптимальный вариант — использовать интегральные чипы.
Исследовательская группа под руководством Чэн-Лун Хунга смогла собрать фотонную схему для управления и хранения кубитов на основе холодных атомов. Схема может эффективно переводить сохраненную квантовую информацию в фотоны, которые переносят ее по оптоволоконной сети другим интегральным схемам или атомно-фотонными интерфейсами.
Эта технология имеет значимый потенциал для развития квантовой передачи информации, прокладывая путь к разработке квантовой сети. А авторы планируют усложнять интегральные схемы для исследования новых состояний вещества и снижать температуру атомов на чипе.
Ученые стараются создавать гибридные квантовые схемы, где, например, вычисления или хранение информации делает одна платформа, а связь между ними осуществляет другая. Это помогает избегать или нивелировать недостатки каждой из физических реализаций. При этом схемы для связи платформ стараются сделать как можно проще и миниатюрнее. Оптимальный вариант — использовать интегральные чипы.
Исследовательская группа под руководством Чэн-Лун Хунга смогла собрать фотонную схему для управления и хранения кубитов на основе холодных атомов. Схема может эффективно переводить сохраненную квантовую информацию в фотоны, которые переносят ее по оптоволоконной сети другим интегральным схемам или атомно-фотонными интерфейсами.
Эта технология имеет значимый потенциал для развития квантовой передачи информации, прокладывая путь к разработке квантовой сети. А авторы планируют усложнять интегральные схемы для исследования новых состояний вещества и снижать температуру атомов на чипе.
Фотонный процессор готов к сборке
Ученые Самарского университета имени Королева разработали процессор, в котором переносчиками информации вместо электронов служат фотоны. Ожидается, что он позволит намного быстрее проводить анализ и распознавать разные объекты. В ходе первых экспериментов на демонстрационном образце точность распознавания составила 93,75%.
Исследователи уже изготовили все необходимые компоненты и перешли к этапу корпусной сборки процессора, который планируют закончить к концу года.
Ученые Самарского университета имени Королева разработали процессор, в котором переносчиками информации вместо электронов служат фотоны. Ожидается, что он позволит намного быстрее проводить анализ и распознавать разные объекты. В ходе первых экспериментов на демонстрационном образце точность распознавания составила 93,75%.
Исследователи уже изготовили все необходимые компоненты и перешли к этапу корпусной сборки процессора, который планируют закончить к концу года.
Новые материалы и структуры для топологических кубитов
📔Создание изначально устойчивых к внешним воздействиям систем, находящихся в топологически защищенном состоянии, — одна из альтернатив традиционному подходу, связанному с коррекцией ошибок в «шумных» кубитах. Топологически защищенные кубиты не так чувствительны к декогеренции, потому что разрушить топологическое состояние оказывается довольно сложно.
🔹Учёные из нидерландской компании QuTech создали так называемые цепочки Китаева, состоящие из полупроводниковых квантовых точек, соединённых сверхпроводниковыми контактами. Модель Китаева знаменита тем, что предсказывает существование особых возбуждений на концах такой цепочки — нулевых мод Майораны. Они вызывают большой интерес из-за возможности реализации с их помощью топологических кубитов.
🔹В другой работе физики из Университета Тохоку в Японии смогли получить топологически связанные состояния на концах цепочки, состоящей из атомов теллура. Эта структура представляет собой одномерный аналог топологического изолятора, поверхность которого содержит проводящие состояния (это означает, что электроны могут двигаться только вдоль поверхности материала).
📔Создание изначально устойчивых к внешним воздействиям систем, находящихся в топологически защищенном состоянии, — одна из альтернатив традиционному подходу, связанному с коррекцией ошибок в «шумных» кубитах. Топологически защищенные кубиты не так чувствительны к декогеренции, потому что разрушить топологическое состояние оказывается довольно сложно.
🔹Учёные из нидерландской компании QuTech создали так называемые цепочки Китаева, состоящие из полупроводниковых квантовых точек, соединённых сверхпроводниковыми контактами. Модель Китаева знаменита тем, что предсказывает существование особых возбуждений на концах такой цепочки — нулевых мод Майораны. Они вызывают большой интерес из-за возможности реализации с их помощью топологических кубитов.
🔹В другой работе физики из Университета Тохоку в Японии смогли получить топологически связанные состояния на концах цепочки, состоящей из атомов теллура. Эта структура представляет собой одномерный аналог топологического изолятора, поверхность которого содержит проводящие состояния (это означает, что электроны могут двигаться только вдоль поверхности материала).
Опубликованы первые стандарты по постквантовой криптографии
Постквантовые алгоритмы позволят защитить данные государства, бизнеса и частных лиц от атак с применением как классических, так и квантовых вычислителей. Опасность увеличения мощности квантовый вычислителей, способных взломать систему передачи информации заставила многие страны модернизировать свои стандарты традиционной криптографии.
На днях Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) впервые опубликовал окончательные версии первых стандартов в области постквантовой криптографии: FIPS 203 (ML-KEM), FIPS 204 (ML-DSA) и FIPS 205 (SLH-DSA). Стандартизованные алгоритмы были выбраны по итогам международного конкурса NIST, экспертному совету которого доверяют множество стран.
В России новые государственные стандарты по постквантовой криптографии еще проектируются. При этом все три новых стандарта предложенных NIST уже реализованы в отечественных программных продуктах компании QApp и доступны для пилотирования в ограниченных периметрах.
Постквантовые алгоритмы позволят защитить данные государства, бизнеса и частных лиц от атак с применением как классических, так и квантовых вычислителей. Опасность увеличения мощности квантовый вычислителей, способных взломать систему передачи информации заставила многие страны модернизировать свои стандарты традиционной криптографии.
На днях Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) впервые опубликовал окончательные версии первых стандартов в области постквантовой криптографии: FIPS 203 (ML-KEM), FIPS 204 (ML-DSA) и FIPS 205 (SLH-DSA). Стандартизованные алгоритмы были выбраны по итогам международного конкурса NIST, экспертному совету которого доверяют множество стран.
В России новые государственные стандарты по постквантовой криптографии еще проектируются. При этом все три новых стандарта предложенных NIST уже реализованы в отечественных программных продуктах компании QApp и доступны для пилотирования в ограниченных периметрах.
Физикам удалось создать множественную атомно-фотонную запутанность
Одна из основных проблем масштабирования квантовых вычислителей — это потери в оптических системах связи и возникающие из-за них ошибки вычислений. Одним из решений может быть разработка квантовой сети, состоящей из небольших квантовых регистров, содержащих вычислительные кубиты, которые обратимо связаны с коммуникационными кубитами. Это позволит преодолеть потери и ошибки благодаря мультиплексному квантовому протоколу, включающему повторители и механизмы исправления квантовых ошибок.
Немецкие физики смогли создать мультиплексную атомно-фотонную запутанность с эффективностью генерации-обнаружения около 90%. Для этого ученые использовали оптический пинцет, чтобы разместить атомы в двумерном массиве в оптической решетке, и облучали их один за другим при помощи лазера в резонаторе Фабри — Перо. Результаты опубликованы в журнале Science.
Ученые отмечают, что их подход может быть масштабирован до систем из многих атомов. Это увеличит вероятность генерации-обнаружения и повысит надежность работы квантового регистра.
Одна из основных проблем масштабирования квантовых вычислителей — это потери в оптических системах связи и возникающие из-за них ошибки вычислений. Одним из решений может быть разработка квантовой сети, состоящей из небольших квантовых регистров, содержащих вычислительные кубиты, которые обратимо связаны с коммуникационными кубитами. Это позволит преодолеть потери и ошибки благодаря мультиплексному квантовому протоколу, включающему повторители и механизмы исправления квантовых ошибок.
Немецкие физики смогли создать мультиплексную атомно-фотонную запутанность с эффективностью генерации-обнаружения около 90%. Для этого ученые использовали оптический пинцет, чтобы разместить атомы в двумерном массиве в оптической решетке, и облучали их один за другим при помощи лазера в резонаторе Фабри — Перо. Результаты опубликованы в журнале Science.
Ученые отмечают, что их подход может быть масштабирован до систем из многих атомов. Это увеличит вероятность генерации-обнаружения и повысит надежность работы квантового регистра.
Физики из Университета Пердью раскрутили наночастицы алмаза с дефектами до высоких скоростей
Для начала крошечные алмазы, со средней шириной сечения 750 нанометров, были произведены в условиях высокого давления и температуры. Затем их облучали электронами высокой энергии, чтобы создать дефект азотной вакансии, который можно использовать для хранения квантовой информации.
Частицы левитировали над сапфировую подложкой, на которую был нанесен рисунок из тонкого слоя золота (в эксперименте рисунок похож на заглавную греческую букву «Омега»). Пропуская ток по золотой пленке, можно контролировать электромагнитное поле, возникающее над поверхностью подложки. В него и попадает наночастица, начиная левитировать и вращаться. Сама конфигурация поля как раз зависит от формы золотой структуры на поверхности, а вся система называется поверхностной ионной ловушкой.
Авторы выяснили, что в зависимости от скорости и направления вращения наночастицы изменяется сигнал, который она переизлучает. Это значит, что меняется и состояние азотной вакансии в наночастице, то есть им можно управлять посредством вращения.
Эксперимент не только показывает возможность создания «самой маленькой дискотеки в мире», но и открывает новые возможности для вычислений на дефектах.
Для начала крошечные алмазы, со средней шириной сечения 750 нанометров, были произведены в условиях высокого давления и температуры. Затем их облучали электронами высокой энергии, чтобы создать дефект азотной вакансии, который можно использовать для хранения квантовой информации.
Частицы левитировали над сапфировую подложкой, на которую был нанесен рисунок из тонкого слоя золота (в эксперименте рисунок похож на заглавную греческую букву «Омега»). Пропуская ток по золотой пленке, можно контролировать электромагнитное поле, возникающее над поверхностью подложки. В него и попадает наночастица, начиная левитировать и вращаться. Сама конфигурация поля как раз зависит от формы золотой структуры на поверхности, а вся система называется поверхностной ионной ловушкой.
Авторы выяснили, что в зависимости от скорости и направления вращения наночастицы изменяется сигнал, который она переизлучает. Это значит, что меняется и состояние азотной вакансии в наночастице, то есть им можно управлять посредством вращения.
Эксперимент не только показывает возможность создания «самой маленькой дискотеки в мире», но и открывает новые возможности для вычислений на дефектах.