Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Квантовая технология - это развивающаяся область физики и техники, основанная на принципах квантовой физики . [1] Квантовые вычисления , квантовые датчики , квантовая криптография , квантовое моделирование, квантовая метрология и квантовое отображение - все это примеры квантовых технологий, где важны свойства квантовой механики , особенно квантовая запутанность , квантовая суперпозиция и квантовое туннелирование .

Согласно Джону фон Нейману , квантовая технология отличается от детерминированной классической механики, согласно которой состояние определяется значениями двух переменных. [2] Он заявил, что квантовая технология определяется вероятностями, и это объяснение использовалось для оправдания ее превосходства. [2]

Коллоидные квантовые точки, облученные УФ-светом. Квантовые точки разного размера излучают свет разного цвета из-за квантового ограничения.

Приложения [ править ]

Чувство [ править ]

Состояния квантовой суперпозиции могут быть очень чувствительны к ряду внешних эффектов, таких как электрические, магнитные и гравитационные поля; вращения, ускорения и времени, поэтому их можно использовать для изготовления очень точных датчиков. Существует множество экспериментальных демонстраций устройств квантового зондирования, таких как эксперименты, проведенные лауреатом Нобелевской премии Уильямом Д. Филлипсом по использованию систем интерферометра холодного атома для измерения силы тяжести и атомных часов, которые используются многими национальными агентствами по стандартизации во всем мире для определения второй.

Прилагаются усилия для создания устройств квантового зондирования, которые будут дешевле, проще в использовании, более портативными, легче и потребляют меньше энергии. Ожидается, что в случае успеха это приведет к множеству коммерческих приложений, таких как мониторинг нефтяных и газовых месторождений или строительство.

Безопасная связь [ править ]

Квантовая безопасная связь - это методы, которые, как ожидается, будут «квантово безопасными» с появлением квантовых вычислительных систем, которые могут сломать существующие системы криптографии . Ожидается, что одним из важных компонентов квантовых безопасных систем связи будет квантовое распределение ключей , или QKD: метод передачи информации с использованием запутанного света таким образом, чтобы любой перехват передачи был очевиден для пользователя. Еще одна технология в этой области - квантовый генератор случайных чисел, используемый для защиты данных. Это дает действительно случайное число, не следуя процедуре вычислительных алгоритмов, которые просто имитируют случайность. [3]

Вычисления [ править ]

Квантовые компьютеры - это окончательная квантовая сеть и устройства, которые могут хранить и обрабатывать квантовые данные (в отличие от двоичных данных ) со связями, которые могут передавать квантовую информацию между «квантовыми битами» или « кубитами ». Предполагается, что в случае успешной разработки квантовые компьютеры смогут выполнять определенные алгоритмы значительно быстрее, чем даже самый большой классический компьютер, доступный сегодня.

Ожидается, что квантовые компьютеры будут иметь ряд важных применений в вычислительных областях, таких как оптимизация и машинное обучение. Возможно, они наиболее известны своей ожидаемой способностью выполнять « алгоритм Шора », который можно использовать для факторизации больших чисел, что является важным процессом в обеспечении безопасности передачи данных.

Quantum 1.0 [ править ]

Сегодня доступно множество устройств, в основе которых лежит квантовая механика. К ним относятся: лазерные системы, транзисторы и полупроводниковые устройства, а также другие устройства, такие как МРТ . Лаборатория оборонной науки и технологий Великобритании (Dstl) сгруппировала эти устройства как «квантовые 1.0» [4], то есть устройства, основанные на эффектах квантовой механики. Обычно они рассматриваются как класс устройств, которые активно создают, манипулируют и считывают квантовые состояния материи, часто используя квантовые эффекты суперпозиции и запутанности.

История [ править ]

Область квантовой технологии была впервые описана в книге Джерарда Дж. Милберна 1997 года [5], за которой последовала статья Джонатана П. Доулинга и Джерарда Дж. Милберна в 2003 году [6] [7], а также 2003 статьи Дэвид Дойч . [8] Область квантовой технологии извлекла огромную пользу из притока новых идей из области квантовой обработки информации , особенно квантовых вычислений . Разрозненные области квантовой физики , такие как квантовая оптика , атомная оптика , квантовая электроника.и квантовые наномеханические устройства были объединены в поисках квантового компьютера и получили общий «язык» - квантовую теорию информации .

Квантовый манифест был подписан 3400 учеными и официально обнародован на конференции Quantum Europe в 2016 г. , в котором содержится призыв к инициативе квантовых технологий для координации между академическим сообществом и промышленностью, перемещения квантовых технологий из лабораторий в промышленность и совместного обучения профессионалов квантовых технологий. науки, техники и бизнеса. [9] [10] [11] [12] [13]

Европейская комиссия ответила на этот манифест с квантовой технологией Flagship , [14] [15] € 1 млрд, 10-летней мегапроект , аналогичная по размеру ранее Европейское будущее и Emerging Technologies проектов Flagship , такие как Graphene Flagship и человек Brain Project . [11] [16] Китай строит крупнейший в мире центр квантовых исследований с запланированными инвестициями в 76 миллиардов юаней (примерно 10 миллиардов евро). [17] [18] США, [19] [20] Канада, [21] Австралия, [22] Япония.[23] и Великобритания [24] также готовят национальные инициативы.

Национальные программы [ править ]

Начиная с 2010 года, правительства нескольких стран учредили программы по исследованию квантовых технологий [25], такие как Национальная программа квантовых технологий Великобритании [24], в рамках которой были созданы четыре квантовых «хаба», Центр квантовых технологий в Сингапуре и QuTech, голландская компания. центр разработки топологического квантового компьютера. [26] 22 декабря 2018 года Дональд Трамп подписал Закон США о Национальной квантовой инициативе с бюджетом в миллиард долларов в год, который широко рассматривается как ответ на успехи Китая в квантовых технологиях, особенно недавний запуск Китайский квантовый спутник.

В частном секторе крупные компании неоднократно инвестировали в квантовые технологии. Примеры включают Google партнерства «s с группой Джона Martinis в UCSB , [27] несколько партнерских отношений с канадской квантовой вычислительной компании D-волновые системы , и инвестиции многих компаний Великобритании в рамках программы квантовых технологий Великобритании.

См. Также [ править ]

  • Квантовая нанонаука
  • Атомная инженерия
  • QFET (квантовый полевой транзистор)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Чен, Раджасекар; Велусамы, Р. (2014). Справочник по проектированию мостов, набор из пяти томов, второе издание . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 263. ISBN. 9781482263459.
  2. ^ a b Aerts, Дидерик; Хренников, Андрей; Мелуччи, Массимо; Тони, Бурама (2019). Квантовые модели поиска информации и принятия решений . Чам, Швейцария: Springer Nature. п. 65. ISBN 9783030259129.
  3. ↑ С любовью, Дилан (31 июля 2017 г.). « „ Технология Quantum“это будущее, и это уже здесь - вот что это значит для вас» . Business Insider . Проверено 12 ноября 2019 года .
  4. ^ [1]
  5. ^ Шредингера Машины , GJMilburn, WH Freeman & Co. (1997) Дата архивации 30 августа 2007, в Wayback Machine
  6. ^ « Квантовая технология: вторая квантовая революция », JPDowling и GJMilburn, Phil. Пер. R. Soc. А 361, 3655 (2003)
  7. ^ « Квантовая технология: вторая квантовая революция », JPDowling и GJMilburn, arXiv: Quant-ph / 0206091v1
  8. ^ « Физика, философия и квантовая технология », Д. Дойч в материалах Шестой Международной конференции по квантовой коммуникации, измерениям и вычислениям, Шапиро, Дж. Х. и Хирота, О., ред. (Ринтон Пресс, Принстон, Нью-Джерси, 2003 г.)
  9. ^ "Квантовый манифест квантовых технологий"
  10. ^ "Квантовый манифест"
  11. ^ a b Александр Геллеманс. Европа ставит 1 миллиард евро на квантовые технологии : 10-летний мегапроект выйдет за рамки квантовых вычислений и криптографии и будет способствовать развитию других новых технологий ». Июль 2016 г., IEEE Spectrum.
  12. ^ Майкл Аллен. «« Квантовый манифест »для Европы требует финансирования в размере 1 млрд евро». Архивировано 31 марта 2017 года в Wayback Machine . 2016. Мир физики.
  13. ^ «Квантовый манифест: Европа лидирует в квантовых технологиях». Архивировано 31 марта 2017 года в Wayback Machine . 2016 г.
  14. ^ Ридель, Макс Ф .; Бинози, Даниэле; Тью, Роб; Каларко, Томмазо (2017). «Флагманская программа европейских квантовых технологий» . Квантовая наука и технологии . 2 (3): 030501. DOI : 10,1088 / 2058-9565 / aa6aca .
  15. ^ Ридель, Макс; Ковач, Матьяс; Золлер, Питер; Млынек, Юрген; Каларко, Томмазо (2019). «Инициатива европейского квантового флагмана» . Квантовая наука и технологии . 4 (2): 020501. DOI : 10,1088 / 2058-9565 / ab042d .
  16. ^ Элизабет Гибни. «Европа планирует гигантский проект квантовых технологий стоимостью миллиард евро : третий флагман Европейского Союза будет аналогичен по размеру и амбициям инициативам в области графена и человеческого мозга». Апрель 2016. Природа.
  17. ^ "Китай строит крупнейший в мире центр квантовых исследований" . Проверено 17 мая 2018 года .
  18. ^ Чжан, Цян; Сюй, Фейху; Ли, Ли; Лю, Най-Ле; Пан, Цзянь-Вэй (2019). «Квантовые информационные исследования в Китае» . Квантовая наука и технологии . 4 (4): 040503. DOI : 10,1088 / 2058-9565 / ab4bea .
  19. ^ «Национальная квантовая инициатива - план действий» (PDF) . Проверено 17 мая 2018 года .
  20. ^ Raymer, Майкл G .; Монро, Кристофер (2019). «Национальная квантовая инициатива США» . Квантовая наука и технологии . 4 (2): 020504. DOI : 10,1088 / 2058-9565 / ab0441 .
  21. ^ Сассман, Бен; Коркум, Пол; Блейс, Александр; Кори, Дэвид; Дамаскелли, Андреа (2019). «Квантовая Канада» . Квантовая наука и технологии . 4 (2): 020503. DOI : 10,1088 / 2058-9565 / ab029d .
  22. ^ Роберсон, TM; Уайт, AG (2019). «Рисование австралийского квантового пейзажа» . Квантовая наука и технологии . 4 (2): 020505. DOI : 10,1088 / 2058-9565 / ab02b4 .
  23. ^ Ямамото, Ёсихиса; Сасаки, Масахиде; Таксу, Хироки (2019). «Квантовая информатика и технологии в Японии» . Квантовая наука и технологии . 4 (2): 020502. DOI : 10,1088 / 2058-9565 / ab0077 .
  24. ^ a b Рыцарь, Питер; Уолмсли, Ян (2019). «Национальная программа Великобритании по квантовым технологиям» . Квантовая наука и технологии . 4 (4): 040502. DOI : 10,1088 / 2058-9565 / ab4346 .
  25. ^ Сосредоточьтесь на квантовой науке и технологических инициативах во всем мире , под редакцией Роба Тью, Томаса Дженневейна и Масахиде Сасаки, Quantum Science and Technology (2019)
  26. ^ 'Немного, лучше' The Economist, 18 июня 2015 г.
  27. ^ Человек, который построит неуловимый квантовый компьютер Google; Проводной, 09.05.14