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量子计算:光子启动照亮了计算机和密码学的未来

一家快速成长的英国初创公司正在量子光子学领域悄然取得长足进展。总部位于剑桥的Nu Quantum公司正在制造能够发射和探测光的量子粒子(称为单光子)的设备。通过新获得的210万英镑(271万美元)种子投资,这些设备有朝一日可以支撑复杂的量子光子系统,应用范围从量子通信到量子计算,它在单光子水平和环境温度下运行,并且正在建立一个基于量子光学、半导体光子学和信息理论相结合的业务,Nu quantum首席执行官Carmen Palacios Berraquero告诉ZDNet:“任何量子光子系统都将从单光子源开始,以单光子探测器结束。”这些技术是不同的东西,但我们将它们作为一个系统的两端结合在一起。我们的主要关注点是能够可控地做到这一点。“

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正如Palacios Berraquero所强调的,即使是产生单量子光粒子,技术要求也非常高。

事实上,即使是今天存在的少数量子计算机,是由谷歌和IBM等公司设计的,也依赖于物质的量子态,而不是光。换句话说,在这些科技巨头的设备中可以找到的超导量子比特依靠的是电子,而不是光子。

然而,众所周知,目前量子计算机中发现的超导量子比特非常不稳定。这些装置必须在比深空发现的温度更低的温度下工作才能正常工作,因为热振动会导致量子比特从量子态下降。除了不切实际之外,这也意味着扩大计算机中量子比特的数量是一个巨大的挑战。

与基于物质的计算机相比,光子量子计算机可能具有巨大的优势。光子不太容易与环境发生相互作用,这意味着它们可以长时间、长距离地保持量子态。从理论上讲,光子量子计算机可以在室温下工作,因此,它的扩展速度更快。

整个挑战来自于创造第一个量子光子,Palacios Berraquero解释道能够一次发射一个光子是一项突破性的成就。事实上,它已经成为量子光学的圣杯。这就是我带来的IP。“

Carmen Palacios Berraquero和Nu Quantum团队刚刚获得210万英镑(271万美元)的种子投资。

结合纳米半导体制造领域的改进技术,Palacios Berraquero和她的团队着手解决单光子产生问题。

Nu Quantum的产品以两个小盒子的形式出现:第一个盒子产生可用于构建各种应用的量子系统的单光子,另一个则测量第一个盒子发出的量子信号。这家初创公司的首席执行官坚称,这项技术正使量子离商业化和采用更近了一步。

“在单光子源和探测器之间,可以发生许多事情,从最简单到最复杂,”帕拉西奥斯·贝拉奎罗解释道在一台计算机的另一边有成千上万的光子探测器。在中间,当然,你有门,纠缠,还有……还有,还有。但这是最复杂的例子,“

光子量子计算机仍然是初创公司首席执行官的长期目标。一个更简单的应用,Nu Quantum已经在与英国国家物理实验室进行商业合作,是量子随机数生成-一种可以显著提高加密密钥安全性的技术,用于加密数据。

目前用于加密双方之间交换的数据的密钥是由经典算法生成的。经典计算是确定性的:一个给定的输入总是产生相同的输出,这意味着完全的随机性从根本上说是不可能的。因此,经典算法在一定程度上是可预测的。在密码学中,这意味着只要有足够的计算能力,安全密钥就可以相当容易地被破解。

量子就不那么容易了。量子光子的一个基本特性是它们的行为是随机的:例如,如果一个光子沿着两种方式分开的路径发送,无法确定地知道粒子将选择哪种方式通过。

请参见:什么是量子互联网?你所需要了解的关于量子网络怪异未来的一切都是由一个单光子源、两个探测器和一个连接三者的双向路径组成的,Nu quantum正与国家物理实验室共同开发这项技术设备。”“如果我们说右检测器是1,而左检测器是0,那么最终得到的是一系列完全随机的数字,”Palacios Berraquero说随机性越强,密钥就越不可预测,加密也就越安全。”

Nu Quantum现在正致力于将量子随机数生成商业化,但目标是建立随着技术进步而日益复杂的系统。Palacios Berraquero预计,在四到五年内,公司将能够开始专注于下一步。

她希望,有一天,Nu Quantum的设备可以用于连接量子互联网中的量子设备,这是美国、欧盟和中国科学家考虑的一个长达十年的项目,它将利用量子力学定律https://www.zdnet.com/article/what-is-the-quantum-internet-everything-you-need-to-know-about-the-weird-future-of-quantum-networks/“>几乎可以说是将一些量子信息从一个量子设备传送到另一个量子设备。这样做很可能需要产生单光子,并在发送者和接收者之间进行分配,因为光粒子具有传播更远距离的能力。

在短期内,这家初创公司将专注于投资刚刚筹集到的种子资金。在雷达上,是一个全新的实验室和总部在剑桥,并扩大了两倍的规模,以招募科学家,产品团队成员和业务职能。

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2023-03-22 10:04:21