Квантова технологія — Вікіпедія

Квантова технологія
Зображення
CMNS: Квантова технологія у Вікісховищі

Квантова технологія — перспективна сфера фізики та техніки, яка спирається на принципи квантової фізики.[1] Квантові обчислення, квантові датчики[en], квантова криптографія, квантове моделювання, квантова метрологія та квантова фотографія[en] — все це приклади квантових технологій, де властивості квантової механіки, особливо квантове заплутування, квантова суперпозиція та квантове тунелювання, мають важливе значення.

Згідно з Джоном фон Нейманом, квантова технологія відрізняється від детермінованої класичної механіки, яка вважає, що стан визначається значеннями двох змінних.[2] Він заявив, що квантова технологія визначається ймовірністю і це пояснення було використано для обґрунтування переваги технології.[2]

Колоїдні квантові точки, опромінені УФ-світлом. Квантові точки різного розміру випромінюють світло різних кольорів завдяки квантовим обмеженням.

Застосування[ред. | ред. код]

Датчики[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

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[ред. | ред. код]

Докладніше: Квантовий комп'ютер

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.

Квантові пристрої 1.0[ред. | ред. код]

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.

Історія[ред. | ред. код]

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.

Національні програми[ред. | ред. код]

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.

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. ↑ Chen, Rajasekar; Velusamy, R. (2014). Bridge Engineering Handbook, Five Volume Set, Second Edition. Boca Raton, FL: CRC Press. с. 263. ISBN 9781482263459.
  2. ↑ а б Aerts, Diederik; Khrennikov, Andreĭ; Melucci, Massimo; Toni, Bourama (2019). Quantum-like Models for Information Retrieval and Decision-making. Cham, Switzerland: Springer Nature. с. 65. ISBN 9783030259129.
  3. ↑ Love, Dylan (31 липня 2017). 'Quantum' technology is the future, and it's already here — here's what that means for you. Business Insider. Архів оригіналу за 12 Листопада 2019. Процитовано 12 листопада 2019.
  4. ↑ Архівована копія. Архів оригіналу за 7 Березня 2016. Процитовано 7 Лютого 2021.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
  5. ↑ Schrödinger's Machines, G.J.Milburn, W H Freeman & Co. (1997) [Архівовано 30 серпня 2007 у Wayback Machine.]
  6. ↑ "Quantum Technology: The Second Quantum Revolution, «J.P.Dowling and G.J.Milburn, Phil. Trans. R. Soc. A 361, 3655 (2003)
  7. ↑ »Quantum Technology: The Second Quantum Revolution [Архівовано 4 Травня 2021 у Wayback Machine.], « J.P.Dowling and G.J.Milburn, arXiv: quant-ph/0206091v1
  8. ↑ »Physics, Philosophy, and Quantum Technology [Архівовано 7 Січня 2009 у Wayback Machine.], « D.Deutsch in the Proceedings of the Sixth International Conference on Quantum Communication, Measurement and Computing, Shapiro, J.H. and Hirota, O., Eds. (Rinton Press, Princeton, NJ. 2003)
  9. ↑ „Quantum Manifesto for Quantum Technologies“. Архів оригіналу за 15 Квітня 2021. Процитовано 7 Лютого 2021.
  10. ↑ „Quantum Manifesto“. Архів оригіналу за 31 березня 2017. Процитовано 7 лютого 2021.
  11. ↑ а б Alexander Hellemans. Europe Bets €1 Billion on Quantum Tech [Архівовано 8 Листопада 2020 у Wayback Machine.]: A 10-year-long megaproject will go beyond quantum computing and cryptography to advance other emerging technologies». July 2016. IEEE Spectrum.
  12. ↑ Michael Allen. «'Quantum manifesto' for Europe calls for €1bn in funding» [Архівовано 2017-03-31 у Wayback Machine.]. 2016. Physics World.
  13. ↑ «Quantum Manifesto: Europe Leads in Quantum Technology» [Архівовано 31 березня 2017 у Wayback Machine.]. 2016.
  14. ↑ Riedel, Max F.; Binosi, Daniele; Thew, Rob; Calarco, Tommaso (2017). The European quantum technologies flagship programme. Quantum Science and Technology. 2 (3): 030501. doi:10.1088/2058-9565/aa6aca.
  15. ↑ Riedel, Max; Kovacs, Matyas; Zoller, Peter; Mlynek, Jürgen; Calarco, Tommaso (2019). Europe's Quantum Flagship initiative. Quantum Science and Technology. 4 (2): 020501. doi:10.1088/2058-9565/ab042d.
  16. ↑ Elizabeth Gibney. «Europe plans giant billion-euro quantum technologies project [Архівовано 26 Травня 2021 у Wayback Machine.]: Third European Union flagship will be similar in size and ambition to graphene and human brain initiatives.» April 2016. Nature.
  17. ↑ China building world's biggest quantum research facility. Архів оригіналу за 29 Листопада 2021. Процитовано 17 травня 2018.
  18. ↑ Zhang, Qiang; Xu, Feihu; Li, Li; Liu, Nai-Le; Pan, Jian-Wei (2019). Quantum information research in China. Quantum Science and Technology. 4 (4): 040503. doi:10.1088/2058-9565/ab4bea.
  19. ↑ National Quantum Initiative— Action Plan (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 16 Вересня 2020. Процитовано 17 травня 2018.
  20. ↑ Raymer, Michael G.; Monroe, Christopher (2019). The US National Quantum Initiative. Quantum Science and Technology. 4 (2): 020504. doi:10.1088/2058-9565/ab0441.
  21. ↑ Sussman, Ben; Corkum, Paul; Blais, Alexandre; Cory, David; Damascelli, Andrea (2019). Quantum Canada. Quantum Science and Technology. 4 (2): 020503. doi:10.1088/2058-9565/ab029d.
  22. ↑ Roberson, T. M.; White, A. G. (2019). Charting the Australian quantum landscape. Quantum Science and Technology. 4 (2): 020505. doi:10.1088/2058-9565/ab02b4.
  23. ↑ Yamamoto, Yoshihisa; Sasaki, Masahide; Takesue, Hiroki (2019). Quantum information science and technology in Japan. Quantum Science and Technology. 4 (2): 020502. doi:10.1088/2058-9565/ab0077.
  24. ↑ а б Knight, Peter; Walmsley, Ian (2019). UK national quantum technology programme. Quantum Science and Technology. 4 (4): 040502. doi:10.1088/2058-9565/ab4346.
  25. ↑ Focus on Quantum Science and Technology Initiatives Around the World [Архівовано 12 Листопада 2020 у Wayback Machine.], Edited by Rob Thew, Thomas Jennewein and Masahide Sasaki, Quantum Science and Technology (2019)
  26. ↑ 'A little bit, better' The Economist, 18th June 2015. Архів оригіналу за 11 Травня 2018. Процитовано 7 Лютого 2021.
  27. ↑ The man who will build Google's elusive quantum computer; Wired, 09.05.14. Архів оригіналу за 20 Квітня 2021. Процитовано 7 Лютого 2021.
Галузі
Квантові
Інше
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Квантова_технологія&oldid=42244438