Устройство для квантового распределения ключа в лабораторных условиях
Российский Квантовый Центр
Физики из Российского квантового центра (РКЦ) запустили первую в России линию квантовой связи в городских условиях. По оптоволоконному каналу ученые передавали квантовый ключ, предназначенный для расшифровки сообщений, которыми обмениваются отделения банка при помощи традиционных каналов связи. Длина линии составила 30,6 километра, тестирование линии проводилось между офисами «Газпромбанка». Об этом сообщает пресс-релиз, поступивший в редакцию N+1.

https://nplus1.ru/news/2016/06/16/quantum-communication

#шифрование #связь #кванты

Физики из Университета Вены и Австрийской академии наук показали, что в квантовой механике может существовать ситуация, в которой нельзя определить точную причинно-следственную связь между событиями в эксперименте. Это первый эксперимент такого рода, в котором неопределенность причинности измеряется напрямую.

В квантовой механике принцип причинности часто оказывается устроенным довольно сложно. К примеру, запутанные состояния специальным образом нарушают локальность теории относительности: если взять две запутанные частицы и провести измерение над одной из них, это моментально (то есть быстрее скорости света) скажется на другой, как бы далеко она не находилась. При этом не нарушаются причинно-следственные связи — моментальной передачи полезной информации не происходит.

Основу эксперимента можно пояснить на таком примере. Пусть у нас есть число (например, единица), над которым мы хотим провести две операции: умножить его на два и возвести в квадрат. В классической ситуации, в зависимости от порядка операций, мы получим два разных результата. Пусть порядок операций будет зависеть от того, выпадет орел или решка при броске монеты. Тогда мы будем получать с вероятностью 50 процентов «четыре» и с вероятностью 50 процентов «два». Очевидно, что зная результат вычисления мы можем восстановить порядок операций и представить все результаты эксперимента как сумму двух путей вычисления.

В квантовой версии эксперимента порядок операций связан с состоянием «Кота Шредингера» — суперпозицией двух состояний. Роль числа в эксперименте будет выполнять состояние фотона (поляризация), а вместо умножения и возведения в степень будут происходить изменения поляризации. Аналогами математических операций являются «отзеркаливание» плоскости поляризации и превращение линейной поляризации в круговую или эллиптическую. От порядка этих операций зависит конечное состояние фотона. Чтобы обеспечить два варианта порядка операций для фотона необходимо создать две возможных траектории: в одной он будет проходить сначала через прибор A, потом B, в другой — наоборот. Суперпозиция двух траекторий может возникнуть, например, если направить одиночный фотон на светоделитель, полупрозрачное зеркало.

#физика #кванты #свет #оптика #эксперимент
https://telegra.ph/Prichinno-sledstvennuyu-svyaz-sdelali-odnovremenno-pryamoj-i-obratnoj-03-28

Большой коллектив исследователей из Массачусетского технологического института (США) испытал в действии новую технологию визуализации органов и тканей живой мыши в коротковолновой инфракрасной области. В основе технологии лежат квантовые точки — нанокристаллы арсенида индия, способные излучать в данной области спектра. Работа опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.

Квантовые точки — это полупроводниковые нанокристаллы, способные к флуоресценции при возбуждении в достаточно широкой области спектра. Их преимуществом является яркость и высокая фотостабильность (это значит, что они светят очень долго, и не «выгорают», как флуоресцентные красители). Кроме того, их спектральные свойства напрямую зависят от размера, а значит, ими легко манипулировать. Д

Из квантовых точек приготовили фосфолипидные мицеллы (пузырьки), способные долго путешествовать по кровотоку. При инъекции препарата мышам оказалось возможным регистрировать сердцебиение и дыхание животного по изменению интенсивности свечения. Грызуны во время процесса могли свободно двигаться, что является существенным преимуществом нового метода: ранее для изучения физиологии приходилось помещать животных в специальные устройства (томограф или электрокардиограф), либо использовать хирургически имплантированные датчики.Во втором варианте использования из квантовых точек приготовили наносомы, включив их в состав липопротеинов. Получившиеся частицы были похожи на мицеллы, которые всасываются в кишечнике в процессе переваривания жиров, и доставляются в разные органы, в частности, в жировую ткань. На этот раз целью авторов было проследить за метаболизмом жиров при попадании животного в холод. Введение флуоресцентных наносом в замерзшую мышь дало возможность детектировать быстрое накопление жиров в бурой жировой ткани (органе, использующем энергию, запасенную в жирах, для генерации тепла). По сравнению с другими доступными для такой детекции методами квантовые точки позволили добиться высокой чувствительности и бóльшего разрешения «картинки».

#биология #медицина #кванты
https://telegra.ph/Kvantovye-tochki-pozvolili-zaglyanut-v-rastushchuyu-opuhol-04-13

Физики из Российского квантового центра запустили первую в стране гетерогенную квантовую сеть, в которой кодирование информации идет с помощью двух разных физических принципов. Сама система развернута на обычной городской оптоволоконной сети между двумя отделениями «Газпромбанка» в Москве. Предназначение сети — квантовая криптография, создание ключа для кодирования информации, который физически невозможно перехватить.

Несмотря на все потери, связанные с неидеальностью городских условий, ученым удалось успешно сгенерировать секретный ключ. Для этого требуется не только передать одиночные фотоны от отправителя к получателю, но и удостовериться в отсутствии ошибок и попыток прослушивания. Для надежной работы сети вероятность ошибки в секретном ключе должна быть ниже чем 10-12. Скорость создания ключа составила около 20 бит в секунду на первом участке сети и около 100 бит в секунду на втором. Как отмечает Алексей Федоров, даже меньшей из этих скоростей будет достаточно для того, чтобы заменять ключ в коммерческих 256-битных шифраторах примерно один раз в 15 секунд. Обычно же эта замена делается раз в год или же ключ устанавливается на весь срок службы оборудования. В будущем скорость генерации секретного ключа будет наращиваться.

#кванты #технология #шифрование #физика #криптография
https://telegra.ph/Pervuyu-rossijskuyu-liniyu-kvantovoj-mezhbankovskoj-svyazi-sdelali-geterogennoj-05-24

В некоторых квантовых системах проблема знака принципиально неразрешима. Это означает, что их нельзя эффективно смоделировать на классических компьютерах. Два физика, в том числе ученый из Курчатовского Института, показали, что такая проблема возникает из-за гравитационных аномалий в системах с бозонными степенями свободы, например, в дробном эффекте Холла. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Традиционно считается, что все задачи, которые могут быть эффективно решены на классическом компьютере, могут быть решены так же эффективно на квантовом компьютере, но не наоборот. Например, эффективные классические симуляторы до сих пор не найдены для многих систем с бозонными степенями свободы, которые возникают естественным образом при изучении моделей взаимодействующих квантовых многочастичных систем (quantum many-body systems). В новой работе ученые показали, что отсутствие таких симуляций обусловлено не недостатком изобретательности исследователей, а принципиальной невозможностью их существования.

#физика #кванты #квантмех #симуляцция #расчёты
https://nplus1.ru/news/2017/10/02/sign-problem

«Квантовый компьютер и квантовая криптография неразрывно связаны друг с другом: как только появится первый, многие системы передачи закодированной информации окажутся под угрозой. Один из надежных и относительно дешевых способов ей противостоять — создание системы квантовой криптографии, в которой невозможно незаметно вскрыть ключ шифрования. Полноценного квантового компьютера еще нет, а системы квантового шифрования уже созданы, и наша лаборатория находится на лидирующих позициях в мире», — рассказывает профессор С. П. Кулик.

#физика #кванты #МГУ #криптография
https://telegra.ph/Kvantovye-manipulyacii-na-fizfake-MGU-10-17

Физики обнаружили в двумерном дисульфиде вольфрама хиральные фононы — периодические колебания решетки, при которых атомы селена согласованно вращаются, а атомы вольфрама остаются неподвижными. С помощью таких фононов можно управлять транспортом электронов, что в частности, перспективно для волитроники, пишут ученые в статье в Science.

Одна из возможных областей использования двумерных полупроводниковых материалов — волитроника (valleytronics), направление, в котором для хранения и передачи информации используются свойства электронов, находящихся в долинах (областях минимумов разрешенной энергии в зонах проводимости). Если у материала в зоне проводимости две долины, то информацию о том, в какой из долин в данный момент находится электрон, можно использовать для кодирования информации.
#физика #кванты
https://nplus1.ru/news/2018/02/02/chiral-phonons

В отличие от квантовых частиц, обладающих массой, фотоны очень слабо взаимодействуют друг с другом и практически не образуют связанных состояний. Впервые связанное состояние между двумя фотонами ученым удалось экспериментально зарегистрировать только в 2013 году. Для того, чтобы могли образоваться фотонные димеры, распространение света должно происходить в нелинейной квантовой среде, в которой между возбужденными состояниями атомов и фотонами происходит взаимодействие с формированием поляритонов. Вопрос о том, могут ли при этом фотоны образовывать связанные состояния с большим числом частиц больше двух, оставался до настоящего дня открытым.

#физика #кванты #фотончики #эксперимент
https://nplus1.ru/news/2018/02/16/three-photon-bounded-state

Один из главных уроков современной физики частиц — элементарные частицы следует описывать так же, как волны. Это значит, что, когда частицы взаимодействуют, они сталкиваются, интерферируют и затем продолжают свой путь, но все равно помнят, что перед этим они проинтерферировали. Такое взаимодействие мы называем квантовым. И так для обычных частиц или обычных фундаментальных взаимодействий — тех, которые мы хорошо понимаем: это либо сильные и слабые, либо электромагнитные взаимодействия. Они описываются как обмен калибровочными бозонами, то есть частицами, которые являются посредниками во взаимодействиях. Для электромагнетизма они называются фотоны — частицы, которые составляют свет; для сильных взаимодействий они называются глюоны. W- и Z-бозоны менее известны, они нужны для слабых взаимодействий.

#физика #кванты #гравитация #постнаука
https://telegra.ph/Kvantovanie-gravitacii-05-22?r=61435669

Физики из Канады нашли способ искать плотные подграфы с помощью бозонных, точнее, фотонных семплеров. Звучит как абзац из романа Питера Уоттса? Сейчас попробуем расшифровать.

Читая текст ниже, держите в голове, что любое упрощение — это только часть правды )

Если вкратце, то с появлением первых прототипов квантовых компьютеров выяснилось несколько неприятных обстоятельств: во-первых, универсальные квантовые вычислители очень сложны и дороги, во-вторых, очень нестабильны — вычисления зачастую приходится выполнять много сотен раз для получения надёжных результатов.

Одним из решений проблемы (кроме, очевидно, залить недостатки деньгами) стало построение специализированных вычислительных узлов, которые умеют что-то одно, но хорошо, быстрее классических компьютеров. Так вот, фотонные семплеры – это и есть одно из семейств таких узлов.

Фотонный семплер – это, по большому Копенгагенскому счёту, всего лишь линейный интерферометр, лазер и фотоэлемент. Путём некоторых преобразований эту несложную схему можно использовать для вычисления некоторого класса комбинаторных задач, особенно преобразования функции распределения случайных величин в системах с очень большим числом комбинаций. В чём-то устройство похоже на доску Гальтона – на вход мы высыпаем кучу шариков, внутри происходит магия, на выходе мы получаем статистику распределения какой-то величины для нашей задачи.

Плотные подграфы – это группы вершин в графах с особенно высоким числом связей. Например, бывшие одноклассники в ВК – это плотные подграфы, там каждый дружит с каждым. Находить такие группы очень вычислительно сложно, но важно не только для анализа социальных сеточек, но и вообще для поиска совпадений между наборами данных, например, поиска нужного гена в геноме, или анализа спектрограмм при анализе взрывчатых веществ.

В общем, штука очень полезная и нужная, правда пока на этапе прототипа и модели. Хотя сейчас внедрение всякого хайтека идёт быстро, так что увидим мы квантовые семплеры в бою скорее всего довольно скоро, ещё в нашем поколении.

#физика #кванты #симуляция #квантовый_компьютер #квантовые_вычисления #вычисления #математика #графы

#физика #кванты #симуляция #квантовый_компьютер #квантовые_вычисления #вычисления #математика #графы
https://nplus1.ru/news/2018/07/23/boson-DkS