Квантова технологія

Датчики

Квантові стани суперпозиції можуть бути дуже чутливими до ряду зовнішніх ефектів, таких як електричні, магнітні та гравітаційні поля; обертання, прискорення та час, і тому їх можна використовувати для виготовлення дуже точних датчиків. Існує багато експериментальних демонстрацій квантових датчиків, таких як експерименти, проведені Нобелівським лауреатом Вільямом Філліпсом з використанням систем інтерферометрів холодних атомів для вимірювання сили тяжіння, та атомний годинник, який використовується багатьма національними агентствами зі стандартизації у всьому світі для визначення секунди.

Докладаються зусилля, щоб спроектувати квантові датчики, які є дешевшими, простішими у використанні, портативними, легшими та споживають менше енергії. У разі успіху це, як очікується, призведе до численних комерційних застосувань, таких як моніторинг родовищ нафти і газу або будівництво.

Захищений зв'язок

Квантовий захищений зв'язок — це методи, які, як очікується, будуть «квантово безпечними» у зв'язку з появою квантових обчислювальних систем, які можуть зламати поточні криптографічні системи. Очікується, що одним із важливих компонентів квантової захищеної системи зв'язку буде квантовий розподіл ключів — метод передачі інформації за допомогою заплутаного світла таким чином, що робить будь-який перехоплення передачі очевидним для користувача. Іншою технологією в цій галузі є квантовий генератор випадкових чисел, що використовується для захисту даних. Він постачає дійсно випадкові числа без виконання алгоритмів, які просто імітують випадковість.^[3]

Обчислення

Квантові комп'ютери — це квантова мережа і пристрої, які можуть зберігати та обробляти квантові дані (на відміну від двійкових даних^[en]) по з'єднанням, які можуть передавати квантову інформацію між квантовими бітами або кубітами. У разі успішного розвитку квантові комп'ютери, як передбачається, зможуть виконувати певні алгоритми значно швидше, ніж навіть найбільші класичні комп'ютери, доступні сьогодні.

Очікується, що квантові комп'ютери матимуть ряд важливих застосувань у обчислювальних областях, таких як оптимізація та машинне навчання. Вони, мабуть, найбільш відомі завдяки своїй очікуваній здатності виконувати «алгоритм Шора», який може бути використаний для факторизації великих чисел — важливого для забезпечення безпеки передачі даних процесу.

Сьогодні доступно багато пристроїв, які принципово залежать від ефектів квантової механіки. До них належать: лазерні системи, транзистори та інші напівпровідникові пристрої, а також інші пристрої, такі як МРТ. Науково-технічна лабораторія оборони^[en] Великої Британії згрупувала ці пристрої як «квантові пристрої 1.0»,^[4] тобто пристрої, які покладаються на ефекти квантової механіки. Вони, як правило, розглядаються як клас пристроїв, які активно створюють, маніпулюють і зчитують квантові стани речовини, часто використовуючи квантові ефекти суперпозиції та переплутування.

Вперше область квантових технологій була описана в книзі Джерарда Дж. Мілберна^[en],^[5] за яким потім вийшла стаття 2003 року Джонатана П. Даулінга^[en] та Джерарда Дж. Мілберна,^[6][7] а також стаття 2003 року Девіда Дойча.^[8] Сфера квантових технологій надзвичайно виграла від припливу нових ідей у галузі квантової інформатики, зокрема квантових обчислень. Різні області квантової фізики, такі як квантова оптика, атомна оптика^[en], квантова електроніка та квантові наномеханічні^[en] пристрої були об'єднані у пошуках квантового комп'ютера і дали загальну „мову“, що стосується теорії квантової інформації.

Квантовий маніфест було підписано 3400 вченими та офіційно опубліковано у 2016 році на Європейській квантовій конференції, в якому закликається до ініціативи щодо квантових технологій для координації між науковими колами та промисловістю, переміщення квантових технологій з лабораторії в промисловість та навчання квантовим технологіям професіоналів у поєднанні науки, техніки та бізнесу.^{[9][10][11][12][13]}

Європейська комісія відповіла на цей маніфест 10-річним мегапроєктом, на 1 мільярд євро Quantum Technology Flagship,^[14][15] схожим за розміром на попередні європейські флагманські проекти Future and Emerging Technologies, такі як Graphene Flagship та Human Brain Project^[en].^[11][16] Китай будує найбільший у світі об'єкт квантових досліджень із запланованими інвестиціями 76 млрд юанів (приблизно 10 млрд євро).^[17][18] США,^[19][20] Канада,^[21] Австралія,^[22] Японія^[23] та Велика Британія^[24] також готують національні ініціативи.

Починаючи з 2010 року, кілька урядів запровадили програми з вивчення квантових технологій,^[25] таких як Британська національна програма квантових технологій,^[24] яка створила чотири квантових «хаби», Центр квантових технологій^[en] у Сінгапурі та QuTech, голландський центр з розробки топологічного квантового комп’ютера^[en].^[26] 22 грудня 2018 року Дональд Трамп підписав закон про Національну квантову ініціативу США із бюджетом на мільярд доларів на рік, що широко розглядається як відповідь на досягнення китайців у квантових технологіях — зокрема, нещодавно запущений китайський квантовий супутник.

У приватному секторі великі компанії зробили багаторазові інвестиції в квантові технології. Прикладами є партнерство Google з групою Джона Мартініса у Університеті Каліфорнії у Санта-Барбарі,^[27]численні партнерські відносини з канадською компанією з квантових обчислень D-Wave Systems та інвестиції багатьох британських компаній у рамках британської програми квантових технологій.

• Транзистор на ефектах квантового поля^[en]