Разделы сайта Все
#science
Группа исследователей из исследовательской организации QuTech, Нидерланды, объявили о развертывании первой демонстрационной квантовой сети, в которой используется явление квантовой запутанности. В состав этой сети входит сейчас три узла, являющиеся отдельными квантовыми процессорами, и, несмотря на ее простоту, эта сеть является демонстрацией работоспособности ряда новых технологий и ключевых квантовых сетевых протоколов, которые в будущем могут стать основой более совершенных протоколов, на базе которых будет работать так называемый квантовый Интернет.

Отметим, что первые шаги к созданию квантового Интернета были сделаны еще несколько лет назад, когда ученым удалось связать два квантовых устройства и обеспечить возможность прямого обмена информацией между ними. Однако, для создания масштабируемой квантовой сети жизненно важна необходимость возможности передачи квантовой информации через промежуточные узлы, которые являются аналогами маршрутизаторов в нынешнем Интернете.

Явление квантовой запутанности как нельзя лучше подходит для реализации функций квантовой маршрутизации, ведь запутанность можно установить между практически любыми двумя крошечными частицами, которые могут находиться на сколь угодно большом расстоянии. При этом, сохраняется возможность соединения узлов сети через промежуточный узел, что и было продемонстрировано исследователями из QuTech, Делфтского технического университета и организации TNO.
Ученые из Калифорнийского технологического института и Национальной лаборатории имени Ферми сделали нас на один шаг ближе к созданию сверхбезопасного и сверхскоростного квантового Интернета. Эти ученые разработали новую технологию, позволяющую осуществлять квантовую телепортацию, т.е. моментальную передачу квантовой информации по оптоволокну на расстояние в 44 километра, обеспечивая, при этом показатель безошибочной передачи данных на уровне 90 процентов.

Отметим, что для построения будущих квантовых коммуникационных сетей важны оба показателя - и дальность передачи данных, и показатель количества возникающих при этом ошибок. Любое значимое достижение в одной из этих областей приближает тот момент, когда на Земле начнут появляться квантовые коммуникационные системы следующих поколений.

В любой квантовой технологии сейчас используются кубиты, частицы, несущие квантовую информацию. Однако, извлечь эту информацию из кубитов можно лишь разрушив хрупкое квантовое состояние суперпозиции. В качестве примера можно сказать, что несколько запутанных квантовых частиц, находящихся в состоянии суперпозиции можно представить себе как игральные кости, находящиеся еще в стадии вращения.
Физики предложили легко масштабируемый способ распределения информации по квантовым каналам связи между несколькими участниками.
 
Международная команда исследователей на шаг приблизилась к созданию доступного квантового интернета. В отличие от обычной «всемирной паутины», эта технология абсолютно безопасна и защищена от кибератак. Работа опубликована в журнале Science Advances.
Ученым удалось создать лазер совершенно нового класса, луч света которого не подчиняется некоторым фундаментальным законам физики и оптики. Лучи света этого лазера, которые ученые окрестили термином "пространственно-временные волновые пакеты" (spacetime wave packets), подчиняются каким-то особым правилам отражения и преломления. И эти новые правила можно будет в будущем поставить на службу людям в области коммуникационных технологий в первую очередь.
Благодаря широкому распространению ряда технологий, таких, как радио, телевидение, сотовая связь, Wi-Fi и Bluetooth, все окружающее нас пространство буквально пронизано радиоволнами. Эти радиосигналы обеспечивают работу одного типа радиоэлектронных устройств, являясь помехами для устройств других типов. Из-за этого может страдать стабильность беспроводных соединений, снижаться скорость передачи данных, а в некоторых, особо трагических случаях электронное устройство из-за сильных помех может полностью прервать свое функционирование.

Для предотвращения влияния электромагнитных помех на критически важные узлы электронной аппаратуры инженеры издавна использовали метод экранирующей защиты. Этот метод заключается в использовании металлической, в большинстве случаев медной фольги, которая отражает ненужные радиосигналы в обратном направлении. Такой метод работает вполне хорошо, но использование дополнительных материалов зачастую добавляет немало нежелательного веса и объема электронному устройству.
Впервые явление квантовой запутанности было продемонстрировано при помощи крошечного наноспутника CubeSat на околоземной орбите

Исследователям из Национального университета Сингапура удалось успешно продемонстрировать явление квантовой запутанности, созданное при помощи миниатюрного оборудования, размещенного на борту крошечного наноспутника стандарта CubeSat, двигающегося по кольцевой околоземной орбите. Устройство, размещенное внутри наноспутника, способно вырабатывать пары запутанных (связанных на квантовом уровне) фотонов, которые в будущем могут стать основой более быстрого и безопасного "квантового Интернета".
 
Исследователям из Швейцарской высшей технической школы Цюриха удалось разработать микросхему, преобразующую быстрые электронные сигналы непосредственно в сверхбыстрые световые, практически без потери качества.

Данная технология позволит значительно улучшить эффективность оптических инфраструктур связи, использующих оптоволоконные сети. В таких городах, как Цюрих, оптоволоконные сети уже используются для обеспечения высокоскоростного интернета, цифровой телефонии, телевидения и стриминговых сервисов. Однако к концу нынешнего десятилетия даже мощностей подобных оптических сетей связи будет недостаточно. Современные сети могут передавать данные со скоростью до 10^9 бит в секунду. В будущем эта скорость должна достичь 10^12 бит в секунду.
Команда исследователей из Китая, Сингапура и Великобритании смогла с помощью спутника «Мо-Цзы» объединить города Наньшань и Дэлинха самой длинной квантовой линией связи, защищенной от взлома.

«Нам удалось осуществить квантовый обмен ключами между двумя наземными станциями на расстоянии 1120 км. Мы повысили эффективность передачи запутанных фотонов примерно в четыре раза и достигли скорости в 0,12 бит в секунду», – пояснили эксперты.

Некоторые проблемы современных систем квантовой связи связаны с тем, что свет при движении через оптоволокно постепенно ослабевает, и в связи с этим расстояние между узлами квантовых сетей в настоящее время составляет всего несколько сотен километров.

Данную проблему исследователи пытаются решить двумя способами: с помощью так называемых повторителей квантовых сигналов, которые могут считывать поступающие в них квантовые сигналы, усиливать их и отправлять адресату, не нарушая целостности данных, или путем повышения дальности передачи квантовой информации через спутники связи.
Использование спин-конденсаторов позволит получить плотность хранения информации на уровне 100 терабайт на квадратный дюйм (но не сейчас)
Ученые из университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales, UNSW) создали новый тип квантового логического элемента, состоящего из двух кубитов, реализованных в виде отдельных атомов, размещенных на поверхности кремниевой подложки. Такой двух-кубитовый элемент представляет собой базовый компонент для создания более сложного квантового компьютера. Более того, элемент, созданный учеными UNSW, выполняет одну операцию приблизительно за 0.8 наносекунды, что в 200 раз быстрее, чем это могли делать любые другие логические элементы, основанные на двух спиновых кубитах, заключенных в кремнии.

Для создания квантового логического элемента ученые использовали наконечник сканирующего туннельного микроскопа, при помощи которого атомы фосфора были помещены внутрь выемок на поверхности кремния. И самой большой проблемой, с которой столкнулись ученые на этом этапе, стало соблюдение точного расстояния между атомами-кубитами, что, в свою очередь, обеспечило максимальное быстродействие квантового логического элемента. При этом, разработанный учеными способ манипулирования атомами обеспечил суб-нанометровую точность выполнения операций с отдельными атомами.
Если у исследователей из Государственного Университета Аризоны (Arizona State University) все получится, то транзисторы можно будет умещать в размер одной молекулы. Это меньше, чем когда-либо Мур предполагал.

Некоторые ученые говорят, что молекулярная электроника, где заряды движутся через крошечные одиночные молекулы может стать будущим техники, в частности, систем хранения.

Исследователи из ASU (Arizona State University) указывают на то, что техника, работающая на молекулярном уровне, если, конечно же, разработка удастся, опровергнет пророчество Гордона Мура 1965 года (закон Мура), о том, что количество транзисторов на чипе будет удваиваться каждый год, позволяя электронике становиться все меньше и меньше. В нашем случае, железо на молекулярных транзисторах уменьшится гораздо сильнее предсказания Мура.
 
Миниатюризация с использованием химии, молекул, атомов уже давно на столе у научного сообщества, но есть проблемы, такие как температура, к примеру.