เส้นทางสู่อินเทอร์เน็ตควอนตัม

เส้นทางสู่อินเทอร์เน็ตควอนตัม

jumbo jili

ในการแสวงหาที่จะสร้างเครือข่ายที่สามารถดำเนินการได้อย่างน่าเชื่อถือและข้อมูลที่มีความปลอดภัยแน่นอนในระยะทางไกลนักวิทยาศาสตร์อยู่ในขณะนี้เป็นขั้นตอนใหญ่ที่ใกล้ชิดตามการวิจัยในเรื่องของสัปดาห์นี้ของธรรมชาติ

สล็อต

Stephan Ritterและเพื่อนร่วมงานของเขาที่ Max Planck Institute of Quantum Optics ในเมือง Garching ประเทศเยอรมนี ได้สร้างเครือข่ายควอนตัมเบื้องต้นที่มีสองโหนด พวกเขากล่าวว่ามันเป็นข้อพิสูจน์ของแนวคิดที่สามารถขยายได้ในวันหนึ่งเพื่อสร้างเครือข่ายข้อมูลควอนตัมขนาดใหญ่ที่รับประกันความปลอดภัยของการส่งข้อความโดยการเข้ารหัสข้อมูลโดยใช้สถานะควอนตัมของโฟตอน
“มีวิสัยทัศน์ของอินเทอร์เน็ตควอนตัมที่ทำให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลควอนตัมทั่วโลกได้ คล้ายกับสิ่งที่เป็นไปได้ในปัจจุบันด้วยข้อมูลแบบคลาสสิก” Ritter กล่าว โดยใส่งานลงในบริบท
เครือข่ายข้อมูลควอนตัมเป็นเรื่องที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์เพราะไม่ไวต่อการดักฟัง อธิบายครั้งแรกในปี 1984 โดย Charles Bennett แห่ง IBM และ Gilles Brassard จากมหาวิทยาลัยมอนทรีออลการเข้ารหัสควอนตัมซึ่งอาศัยการถ่ายโอนข้อมูลที่เข้ารหัสในสถานะควอนตัมของโฟตอน ซึ่งหลายคนมองว่าเป็นรหัสที่ไม่แตกหักขั้นสูงสุด
กฎพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมกล่าวว่าเมื่อมีการวัดระบบควอนตัม ธรรมชาติของระบบควอนตัมจะเปลี่ยนไป ด้วยเหตุนี้ ข้อมูลที่เข้ารหัสด้วยคุณสมบัติควอนตัมของอนุภาค เช่น โพลาไรเซชันของโฟตอน อำนวยความสะดวกในการสื่อสารที่ปลอดภัยระหว่างสองฝ่าย ผู้ดักฟังจำเป็นต้องเปลี่ยนคุณสมบัติของควอนตัมในลักษณะที่เห็นได้ชัดเจน
เครือข่ายข้อมูลควอนตัมพื้นฐานได้ถูกสร้างขึ้นมาก่อน มีบริษัทอย่างน้อยสามแห่งที่ทำการตลาดอุปกรณ์ข้อมูลควอนตัม ในปี 2008 เมืองเวียนนาได้ติดตั้งเครือข่ายข้อมูลควอนตัมซึ่งได้รับการสนับสนุนจากสหภาพยุโรป แต่ในเครือข่ายเหล่านั้น บางโหนดสามารถส่งข้อมูลได้เท่านั้น และบางโหนดสามารถรับได้เท่านั้น
Ritter และเพื่อนร่วมงานได้สร้างโหนดสากลที่สามารถรับข้อมูลควอนตัม จัดเก็บ และส่งข้อมูลได้ พวกเขาสร้างโหนดในเครือข่ายข้อมูลควอนตัมเบื้องต้นโดยใช้อะตอมรูบิเดียมเดี่ยวที่ติดอยู่อย่างถาวรในโพรงแสงมากหรือน้อย (ช่องแสงเป็นกับดักอะตอมที่สร้างขึ้นที่อุณหภูมิการแช่แข็ง ซึ่งเลเซอร์ถูกใช้เพื่อจำกัดอะตอม) โฟตอนเดี่ยวทำหน้าที่เป็นตัวพาข้อมูล โดยมีข้อมูลควอนตัมจากอะตอมรูบิเดียมเข้ารหัสในโพลาไรเซชันของโฟตอน
“อะตอมเดี่ยวเป็นหน่วยความจำควอนตัมที่ยอดเยี่ยม และโฟตอนเดี่ยวเหมาะสำหรับการส่งสัญญาณ” Ritter กล่าว
ทั้งสองโหนดอยู่ห่างกัน 21 เมตร แม้ว่าการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงจะยาวกว่าที่ 60 เมตร
งานนี้มีความท้าทาย Ritter กล่าว เนื่องจากข้อมูลควอนตัมมีความเปราะบางอย่างยิ่ง “เพื่อป้องกันการเปลี่ยนแปลงหรือแม้กระทั่งการสูญเสียข้อมูล จำเป็นต้องมีการควบคุมที่สมบูรณ์แบบสำหรับส่วนประกอบเครือข่ายควอนตัมทั้งหมด” เขากล่าว
เขากล่าวว่าเพื่อนร่วมงานของเขา Gerhard Rempe ใช้เวลาเกือบทศวรรษที่ผ่านมา “พัฒนาและปรับปรุงระบบโพรงอะตอมเดี่ยวอย่างต่อเนื่องในอินเทอร์เฟซแบบย้อนกลับระหว่างแสงและสสาร ซึ่งในที่สุดก็ทำให้การสาธิตเบื้องต้นของเครือข่ายควอนตัมเป็นไปได้”
Raymond Laflammeกรรมการบริหารของ Institute for Quantum Computing ที่ University of Waterloo ในแคนาดา กล่าวว่าโหนดต่างๆ จะต้องมีความแม่นยำสูงกว่าจึงจะใช้งานได้จริง แต่เขาเรียกงานนี้ว่า “ก้าวสำคัญในการขับเคลื่อนวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัมไปสู่วิศวกรรมควอนตัม….ความฝันเมื่อ 10 ปีก่อนตอนนี้กำลังกลายเป็นจริง”
ผู้เชี่ยวชาญคนอื่นๆ ในสาขานี้สะท้อนความรู้สึกนี้ Alain Aspectศาสตราจารย์ที่ École Polytechnique ในเมืองปาเลโซ ประเทศฝรั่งเศส กล่าวว่าการทำให้โหนดทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่นในเครือข่ายควอนตัมคือ “ทัวร์เดอฟอร์ซ”
Ritter กล่าวว่าทีมของเขามีกลยุทธ์ในการปรับปรุงทุกแง่มุมของแนวทางการพิสูจน์แนวคิด “เส้นทางที่ชัดเจนวิธีหนึ่งคือการปรับขนาดระบบและก้าวข้ามโหนดสองเครือข่าย โดยตระหนักถึงสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่ซับซ้อนมากขึ้น” เขากล่าว “เป้าหมายระยะยาวอีกประการหนึ่งคือการสร้าง ‘ตัวทำซ้ำควอนตัม’ โดยใช้ระบบโพรงอะตอมเดียวที่จะช่วยให้สามารถสื่อสารควอนตัมในระยะทางไกลได้”
ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมแสงยูวีซึ่งอาจเป็นนวัตกรรมสำคัญของการวิจัยใหม่นี้ จึงสามารถปรับปรุงกระบวนการพิมพ์ 3 มิติด้วยเรซินด้วยแสงทั้งหมด หรือที่เรียกว่า 3D stereolithography
เพื่อความชัดเจน กระบวนการพิมพ์สามมิติแบบสามมิติอื่นๆ และแม้แต่บริษัทสตาร์ทอัพก็มีอยู่ทั่วโลก มีอะไรใหม่ในการวิจัยของกลุ่มบริษัทมิชิแกน (เผยแพร่ในScience Advances เมื่อต้นเดือนนี้) เป็นตัวยับยั้งแสงยูวีที่ไม่เพียงแต่ป้องกันไม่ให้เรซินชุบแข็งเกาะติดกับหน้าต่าง แต่ยังสามารถใช้ร่วมกับแสงสีน้ำเงินเพื่อแกะสลักพื้นผิวและรูปทรง 3 มิติ ของเรซินชุบแข็งในอ่าง
ในแง่หนึ่ง Scott กล่าวว่ากระบวนการ stereolithography ใหม่เป็นกระบวนการพิมพ์ 3 มิติครั้งแรกอย่างแท้จริง โดยไม่เพียงพิมพ์เป็นชุดของเลเยอร์ 2D เดียว แต่ยังพิมพ์เวดจ์ 3 มิติของวัสดุทั้งหมดในครั้งเดียว
“นั่นเป็นเอกลักษณ์เฉพาะ ความสามารถในการกำหนดรูปแบบโวลุ่ม” สกอตต์กล่าว “การวางแพทเทิร์นในแบบ 2D นั้นง่าย การวางแพทเทิร์นในแบบ 3D นั้นไม่สำคัญ”
ข้อดีอีกประการของกระบวนการนี้ ซึ่งสกอตต์กล่าวว่ากลุ่มของเขากำลังพยายามจดสิทธิบัตรคืออุปกรณ์ที่ค่อนข้างเทคโนโลยีต่ำ (และราคาไม่แพง) ซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างเครื่องพิมพ์สามมิติสามมิติเหล่านี้ ทั้งแสงยูวีและแสงสีน้ำเงินสามารถมาจากหลอด LED ที่วางขายทั่วไปได้ ที่จริงแล้ว สกอตต์กล่าวว่าความกล้าของโปรเจ็กเตอร์ PowerPoint นั้นใช้งานได้ดี อย่างน้อยก็สำหรับแหล่งกำเนิดแสงสีน้ำเงิน
แน่นอนว่าคุณยังต้องการเรซิน ซึ่งเป็นส่วนผสมที่เป็นกรรมสิทธิ์ซึ่งพัฒนาโดยสกอตต์และผู้ทำงานร่วมกันของเขา และคุณต้องมีถาดที่มีก้นแก้วเพื่อเก็บเรซิน สุดท้าย คุณจะต้องมีเวทีเพื่อวาดวัตถุที่พิมพ์ 3 มิติออกจากอ่างเรซิน เครื่องพิมพ์ปัจจุบันที่ห้องทดลอง Ann Arbor ของกลุ่มใช้ไม้ธรรมดาสำหรับวางบนเวที
สกอตต์กล่าวว่ากลุ่มของเขาสามารถผลิตวัสดุที่พิมพ์ 3 มิติได้ 2 เมตรต่อชั่วโมง ซึ่งแตกต่างจากความเร็วในการพิมพ์ 3 มิติทั่วไปสำหรับstereolithography ในช่วง 25 มิลลิเมตรต่อชั่วโมง

สล็อตออนไลน์

กระบวนการนี้รวดเร็วในแง่ของสัมพัทธ์ แต่จะไม่แทนที่การฉีดขึ้นรูปสำหรับการผลิตจำนวนมากหรือเทคโนโลยีการผลิตทั่วไปความเร็วสูงอื่นๆ อย่างไรก็ตาม มันอาจแสดงให้เห็นสัญญาสำหรับวัตถุที่พิมพ์เองครั้งเดียว เช่น เครื่องมือทันตกรรมหรือทางการแพทย์ที่ต้องพอดีกับฟันหรือร่างกายของบุคคล
พันธมิตรทางการค้าและกระบวนการผลิตที่กลุ่มของสกอตต์กำลังพิจารณานั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดในขณะนี้ แต่สกอตต์บอกว่าเขาต้องการให้ลูกค้าในกลุ่มของเขามีงานพิมพ์อยู่ในมือภายในสิ้นปีนี้หรือต้นปีหน้า
“ตัวสร้างความแตกต่างทั้งสองของเราคือวัสดุที่เราสามารถใช้ได้และเร่งความเร็ว” เขากล่าว เรซินพลาสติกไม่ใช่วัสดุชนิดเดียวที่สามารถใช้ได้เช่นกัน อนุภาคเซรามิกยังสามารถเติมลงในเรซินได้ โดยเมื่อเรซินแข็งตัว ก็สามารถอบในเตาอบได้ โดยเหลือแต่เซรามิกไว้เบื้องหลัง—หล่อหลอมให้มีรูปร่างเดียวกันกับเรซินที่มา
เมื่อแฟนฟุตบอลยืนขึ้นและนั่งเพื่อ “คลื่น” พวกเขารวมกันสร้างสิ่งใหม่ – “quasiparticle” ที่มีคุณสมบัติทั้งหมดเป็นของตัวเอง ภาวะฉุกเฉินในลักษณะนี้เป็นเรื่องปกติในวัสดุ ลองนึกภาพรูในเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งมีลักษณะเหมือนอนุภาคที่มีประจุบวก แต่จริงๆ แล้วเป็นเพียงจุดยืนสำหรับการขาดอิเล็กตรอน ตอนนี้สวนสัตว์กึ่งสัตว์กำลังขยายตัว เมื่อเดือนที่แล้ว นักวิจัยรายงานหลักฐานว่ามีเอนทิตีคล้ายอนุภาคใหม่สองประเภท พวกมันอาจมีนัยสำหรับการคำนวณควอนตัมและความเป็นตัวนำยิ่งยวด
quasiparticle หนึ่งมาจาก “การแยก” อิเล็กตรอนในสายโมเลกุลหนึ่งมิติ นักทฤษฎีสงสัยมานานแล้วว่าอิเล็กตรอนที่อยู่ในระบบจำกัดดังกล่าวจะแบ่งออกเป็นสามควอซิพิเคิล ซึ่งแต่ละองค์ประกอบอธิบายโดยคุณสมบัติของอิเล็กตรอนพื้นฐาน: “โฮลอน” มีประจุ “ออร์บิตอน” มีสถานะการโคจรของอิเล็กตรอน และ “สปินนอน” มีสมบัติควอนตัมของ หมุน นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นโฮลอนและสปินนอนแล้ว แต่ในเดือนเมษายน Thorsten Schmitt จากสถาบัน Paul Scherrer ในเมือง Villigen ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ และเพื่อนร่วมงานของเขาได้รายงานหลักฐานของทั้ง Spinon และออร์บิตันซึ่งสร้างขึ้นโดยการสุ่มตัวอย่างสตรอนเทียมคัพเรตด้วยรังสีเอกซ์ เนื่องจากความคล้ายคลึงกันระหว่างสตรอนเทียมคิวเรตและตัวนำยิ่งยวดที่มีทองแดงเป็นพื้นฐาน นักวิจัยจึงสงสัยว่าออร์บิตันจะ ช่วยให้กระจ่างเกี่ยวกับฟิสิกส์ของตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง
เมษายนยังนำเสนอข่าวเกี่ยวกับอนุภาคควอซิพิเคิลแบบสแตนด์อโลน: Majorana fermion ที่แปลกประหลาด สวนสัตว์ฟิสิกส์อนุภาคเต็มไปด้วยคู่อนุภาคและปฏิปักษ์ เช่น อิเล็กตรอนและคู่ปฏิสสาร โพซิตรอน แต่ในช่วงทศวรรษที่ 1930 นักฟิสิกส์ชาวอิตาลี Ettore Majarona ได้ทำนายถึงความผิดปกติที่น่าสงสัย ซึ่งเป็นลูกพี่ลูกน้องที่เป็นกลางทางไฟฟ้าของอิเล็กตรอนและโปรตอนซึ่งเป็นปฏิปักษ์ในตัวเอง
นักฟิสิกส์ยังไม่พบสัญญาณของอนุภาคที่ทำลายตัวเองนี้ภายในเครื่องเร่งอนุภาค แต่พวกเขาคิดว่าพบลูกพี่ลูกน้องของมันในวัสดุที่เป็นของแข็ง นำทีมโดยลีโอ Kouwenhovenของ Delft University of Technology ในเนเธอร์แลนด์เห็นคำแนะนำที่แข็งแกร่งของ Majoranas เมื่อพวกเขาส่งอิเล็กตรอนเป็นเส้นลวดนาโนสารกึ่งตัวนำยิ่งยวดที่วางข้างวัสดุ (ทีมของผลิตภาพเคลื่อนไหวที่ดีนี้ในการตั้งค่า) เช่นเดียวกับระบบออร์บิตัน ลวดนาโนเป็นสภาพแวดล้อมที่จำกัดซึ่งอิเล็กตรอนรวมกันเพื่อสร้างสภาวะฉุกเฉิน ในกรณีนี้ สิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้าที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งของเส้นลวดที่กั้นการไหลของอิเล็กตรอน เว้นแต่จะเป็นของ พลังงานบางอย่าง
Roman Lutchynนักวิจัยจาก Microsoft’s Station Qในซานตาบาร์บารา รัฐแคลิฟอร์เนียกล่าวว่า “กลุ่มทดลองชั้นนำจำนวนมากพยายามตรวจหาลายเซ็นบางตัวของ Majorana fermions แต่ผลการทดลองของ Delft นั้นน่าเชื่อถือที่สุดจนถึงตอนนี้” ร่วมกับเพื่อนร่วมงานสองสามคนได้สรุปว่าการทดลองดังกล่าวจะสามารถผลิตอนุภาคมาจอรานาในปี 2553 ได้อย่างไร

jumboslot

แต่ Lutchyn ตั้งข้อสังเกตว่าต้องมีการทำงานมากขึ้นก่อนที่จะมีการประกาศการค้นพบอย่างเด็ดขาด เขากล่าวว่าการทดสอบสำคัญอย่างหนึ่งคือการยืนยันสถิติการแลกเปลี่ยนของอนุภาค สถิติเหล่านี้อธิบายว่ากลศาสตร์ควอนตัมของระบบเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อสวิตช์อนุภาคแยกไม่ออกสองตำแหน่ง ในระบบทางกายภาพส่วนใหญ่ ฟังก์ชันคลื่นหลายอนุภาค (คำอธิบายควอนตัมหลักของระบบซึ่งใช้ในการคำนวณความน่าจะเป็นของการวัดบางอย่าง) จะยังคงเหมือนเดิมทุกประการหรือเปลี่ยนเครื่องหมายเมื่อคุณสลับอนุภาค แต่ Majoranas นั้นไม่สมมาตรอย่างเรียบร้อย เมื่อมาจอรานาสองคนสลับกัน สถานะของฟังก์ชันคลื่นร่วมของพวกมันจะเปลี่ยนไป
คุณสมบัตินี้ทำให้อนุภาค Majorana เป็นระบบที่น่าสนใจสำหรับการคำนวณด้วยควอนตัม เพราะมันให้วิธีในการเข้ารหัสข้อมูลที่ต่างจากระบบคอมพิวเตอร์ควอนตัมในปัจจุบัน ซึ่งไม่ถูกรบกวนโดยง่ายจากความผันผวนของความร้อน ที่กล่าวว่าการดำเนินการคำนวณด้วยวิธีนี้ยังมีโอกาสเกิดขึ้นอีกมาก “ข้อเสนอ [ดังกล่าว] ยั่วเย้า แต่ในความคิดของฉันค่อนข้างห่างไกลจากการตระหนักรู้” Marcel Franzจากมหาวิทยาลัยบริติชโคลัมเบียในแวนคูเวอร์กล่าว “มีความท้าทายหลายอย่างที่ต้องเอาชนะที่นี่ รวมถึงวิธีการเคลื่อนย้าย Majoranas ไปรอบๆ ในรูปแบบที่ควบคุมได้ และวิธีอ่านผลลัพธ์ของการคำนวณดังกล่าว”
ถึงกระนั้นทีมวิจัยอื่น ๆ ก็อยู่ในการแข่งขันหรือเร็ว ๆ นี้ หนึ่งในทีมงานนำโดยเดวิดโกลด์ฮเบอร์กอร์ดอนที่ Stanford University ได้รายงานคำแนะนำของเฟอร์มิออน Majorana ในระบบที่ประกอบด้วยสองชิ้นของวัสดุตัวนำยิ่งยวดเชื่อมต่อกันด้วยฉนวนทอพอโลยี
ในขณะเดียวกัน Majorana รุ่นอิสระซึ่งไม่ได้จำกัดอยู่แค่วัสดุเฉพาะนั้นยังคงมีขนาดใหญ่ และการทดลองฟิสิกส์ของอนุภาคที่หลากหลาย รวมถึง Large Hadron Collider กำลังมองหาพวกมันอยู่ นักวิทยาศาสตร์คนใหม่ได้โพสต์สรุปความเป็นไปได้ที่ดี ซึ่งรวมถึงนิวตริโน อนุภาคฮิกส์รุ่นสมมาตรยิ่งยวด และสารสสารมืดในบทความนี้โพสต์บนเว็บในวันจันทร์ (มีให้หลังกำแพงการลงทะเบียน)
ศูนย์ข้อมูลกำลังหิวร้อนและกระหายน้ำ ประมาณ 3 ล้านศูนย์ข้อมูลในสหรัฐอเมริกากินพันล้านลิตรน้ำและประมาณ 70 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงของการผลิตไฟฟ้าต่อปีหรือเกือบร้อยละ 2 ของการใช้ไฟฟ้าของประเทศโดยรวม พลังงานประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ใช้เครื่องปรับอากาศ เครื่องทำความเย็น พัดลมเซิร์ฟเวอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ เพื่อให้ชิปคอมพิวเตอร์เย็นลง
ขณะนี้Forced Physicsบริษัทที่ตั้งอยู่ในเมืองสกอตส์เดล รัฐแอริโซนา ได้พัฒนาระบบที่ใช้พลังงานต่ำ โดยกล่าวว่าสามารถลดความต้องการพลังงานของศูนย์ข้อมูลสำหรับการทำความเย็นลงได้ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ ตัวนำ JouleForce ของบริษัทเป็นระบบพาสซีฟที่ใช้อากาศแวดล้อม กรอง และไม่มีการทำความเย็นเพื่อดึงความร้อนออกจากชิปคอมพิวเตอร์ ในเดือนกุมภาพันธ์บังคับแผนฟิสิกส์ที่จะเปิดตัวนักบินทดสอบครั้งแรกในสถานที่ที่สิ่งอำนวยความสะดวกเพื่อการพาณิชย์ใน Chandler, Ariz. เป็นเจ้าของโดยศูนย์ข้อมูล H5 ที่นั่น ชั้นวาง 30 ตัวนำจะทำให้อุปกรณ์ไอทีเย็นลงซึ่งใช้กำลังไฟ 36 กิโลวัตต์ เนื่องจากเซ็นเซอร์จะติดตามการไหลเวียนของอากาศ อุณหภูมิ การใช้พลังงาน และความดันอากาศ ข้อมูลที่รวบรวมจากการทดสอบหนึ่งปีจะถูกนำมาใช้เพื่อแสดงประสิทธิภาพต่อผู้มีโอกาสเป็นลูกค้า

slot

อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ในศูนย์ข้อมูลทั่วไปทำงานที่ประมาณ 15 เมกะวัตต์ โดยใช้พลังงาน 1 MW ให้กับพัดลมเซิร์ฟเวอร์ แต่ศูนย์ข้อมูลดังกล่าวจะต้องการเพิ่มอีก 7 เมกะวัตต์ (สำหรับโหลดรวม 22 เมกะวัตต์) เพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ทำความเย็นอื่นๆ และจะต้องใช้น้ำ 500 ล้านลิตรต่อปี ในช่วงเวลาที่การรับส่งข้อมูลของศูนย์ข้อมูลจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ สองปี ความต้องการไฟฟ้าและน้ำของอุตสาหกรรมอาจถึงระดับที่ไม่ยั่งยืนในไม่ช้า

This entry was posted in Slot and tagged , , , , , , . Bookmark the permalink.