Vikipediya

Kvant muhandisligi

Kvant muhandisligi kvant mexanikasi qonunlaridan foydalangan holda texnologiyalarni rivojlantirishni oʻz ichiga oladi. Kvant muhandisligi kvant texnologiyalarini, masalan, kvant sensorlari yoki kvant kompyuterlari kabi texnologiyalarni rivojlantirish uchun kvant mexanikasidan vosita sifatida foydalanadi.

UV nurlari bilan nurlangan kolloid kvant nuqtalar. Kvant nuqtalarining turli oʻlchamlari kvant cheklovi tufayli turli rangdagi yorugʻlikni chiqaradi.

Hozirda mavjud boʻlgan koʻplab qurilmalar kvant mexanikasi effektlariga asoslanadi va ular tibbiyot, optik aloqa, yuqori tezlikdagi internet va yuqori samarali hisoblash texnologiyalari orqali jamiyatda inqilob qilgan. Lazerlardan tortib, MRI tasvirlash va tranzistorlarni yaratishgacha boʻlgan texnologik yutuqlardan soʻng, ikkinchi toʻlqin kvant texnologiyalari jamiyatga shunga oʻxshash taʼsir koʻrsatishi kutilmoqda. Bu yangi texnologiyalar kvant mexanikasi tizimining muvozanatidan foydalanishi, atom oʻlchamidagi tizimlarni tushunish va boshqarish boʻyicha soʻnggi yillarda erishilgan yutuqlarga asoslanadi. Kvant mexanikasi effektlari yangi texnologiyalarda resurs sifatida qoʻllanadi va ularning qoʻllanilish doirasi keng boʻlib, kvant sensorlari[1][2] va yangi tasvirlash usullari[3], xavfsiz aloqa (kvant internet)[4][5][6] va kvant hisoblash kabi sohalarni oʻz ichiga oladi[7][8][9][10][11].

Tarixi

tahrir

Kvant texnologiyalari sohasida dastlabki izoh 1997-yilda Gerard J. Milburn tomonidan yozilgan kitobda berilgan boʻlib[12], keyinchalik 2003-yilda Milburn va Jonathan P. Dowling[13] hamda David Deutsch[14] tomonidan u haqida maqolalar yozilgan.

Hozirda mavjud boʻlgan koʻplab qurilmalar kvant mexanikasi effektlariga asoslanadi. Masalan, lazer tizimlari, tranzistorlar va yarimoʻtkazgich qurilmalari, shuningdek MRI tasvirlash qurilmalari. Buyuk Britaniya Mudofaa Ilmiy va Texnologik Laboratoriyasi (DSTL) bu qurilmalarni 'kvant 1.0' deb atab, ularni 'kvant 2.0' dan ajratib koʻrsatgan[15].

2010 yildan boshlab koʻplab hukumatlar kvant texnologiyalarini oʻrganish uchun dasturlar yaratdi[16], masalan, Buyuk Britaniya Milliy Kvant Texnologiyalari Dasturi[17], Singapurda Kvant Texnologiyalari Markazi va Niderlandiyada QuTech[18]. 2016-yilda Yevropa Ittifoqi Kvant Texnologiyalari Flagmani loyihasini taqdim etdi[19][20][21][22]. 2018-yil dekabr oyida AQShda Milliy Kvant Tashabbusi Akti qabul qilindi, bu har yili kvant tadqiqotlariga 1 milliard dollar ajratadi[23]. Xitoy 76 milliard Yuan (taxminan 10 milliard Yevro) miqdorida investitsiya bilan dunyodagi eng yirik kvant tadqiqot markazini qurmoqda[24][25]. Hindiston hukumati ham Kvant Texnologiyalari Milliy Missiyasi doirasida ushbu sohaga 8000 kror Rupiy (taxminan 1,02 milliard dollar) investitsiya kiritdi[26].

Xususiy sektor ham kvant texnologiyalariga katta sarmoyalar kiritmoqda. Google, D-wave Systems va Kaliforniya Santa Barbara Universiteti[27] kabi tashkilotlar kvant texnologiyalarini rivojlantirish uchun hamkorlik va investitsiyalar qilmoqda.

Qoʻllanilishi

tahrir

Xavfsiz aloqa

tahrir

Xavfsiz kvant aloqa kvant kompyuter tizimlari mavjud boʻlganida hozirgi kriptografiya tizimlarini buzishi mumkin boʻlgan usullar, masalan, Shor algoritmi yordamida 'kvant xavfsiz' boʻlishi kutilmoqda. Bu usullar kvant kalitini tarqatish (QKD) ni oʻz ichiga oladi, bu usul bilan yorugʻlik yordamida maʼlumot uzatish va bu uzatishni foydalanuvchiga aniq qilib koʻrsatish mumkin boʻladi. Yana bir usul kvant tasodifiy raqamlar generatori boʻlib, bu haqiqiy tasodifiy raqamlarni ishlab chiqarishga qodir, bu esa tasodifiylikni taqlid qiluvchi kvant boʻlmagan algoritmlardan farq qiladi[28].

Hisoblash

tahrir

Kvant kompyuterlari optimallashtirish va mashinasozlikda bir qator muhim qoʻllanishlarga ega boʻlishi kutilmoqda. Ular katta sonlarni faktorizatsiya qilish va maʼlumot uzatish xavfsizligini taʼminlashda muhim jarayon boʻlgan Shor algoritmini bajarish qobiliyati bilan mashhur[29][30] .

Kvant simulyatorlari haqiqiy dunyo tizimini, masalan, kimyoviy birikmalarni simulyatsiya qilish uchun moʻljallangan kvant kompyuterlari turlaridir[29]. Ular umumiy maqsadli kvant kompyuterlardan koʻra osonroq quriladi, chunki har bir komponent ustidan toʻliq nazorat qilish kerak emas. Hozirda rivojlantirilayotgan kvant simulyatorlariga ultrasovuq atomlar, ionlar, superoʻtkazuvchi kyubitlar qatorlari va boshqalar kiradi[29].

Sensorlar

tahrir

Kvant sensorlari pozitsiyalash tizimlari, aloqa texnologiyalari, elektr va magnit maydon sensorlari, gravimetriya[31] hamda fuqaro muhandisligi[32] va seysmologiya kabi geofizik sohalarda bir qator qoʻllanmalarga ega boʻlishi kutilmoqda.

Taʼlim dasturlari

tahrir

Kvant muhandisligi oʻzining muhandislik yoʻnalishiga aylanmoqda. Kvant sanoati kvant mexnikasini tushunadigan ishchi kuchiga muhtoj. Hozirda kvant texnologiyalari sohasidagi olimlarning aksariyati fizika yoki muhandislik boʻyicha maʼlumotga ega va „kvant muhandislik koʻnikmalari“ni tajriba orqali oʻzlashtirgan. Yigirmadan ortiq kompaniyalar oʻrtasida oʻtkazilgan soʻrovnoma kvant sanoatiga yangi xodimlardan talab qilinadigan ilmiy, texnik va „yumshoq“ koʻnikmalarni tushunishga qaratilgan edi. Natijalar kompaniyalar odatda kvant texnologiyalariga oid bilimga ega boʻlgan va bir vaqtning oʻzida laboratoriya koʻnikmalariga ega odamlarni izlashini koʻrsatadi[33].

Bir qator texnik universitetlar ushbu sohada taʼlim dasturlarini ishga tushirdi. Masalan, ETH Zurich Kvant Muhandisligi Magistrlik Dasturini ishga tushirdi, bu elektrotexnika boʻlimi (D-ITET) va fizika boʻlimi (D-PHYS) oʻrtasidagi qoʻshma loyiha hisoblanadi, va Waterloo Universiteti Kvant Hisoblash Institutida birlashgan magistratura muhandislik dasturlarini ishga tushirgan[34][35] . Shuningdek, Delft Universiteti, Myunxen Texnika Universiteti, MIT, CentraleSupélec va boshqa texnik universitetlarda shunga oʻxshash dasturlar amalga oshirilmoqda.

Bakalavr taʼlimi sohasida ixtisoslik imkoniyatlari kam. Biroq, baʼzi muassasalar dasturlarni taklif qila boshladi. Sherbrooke Universiteti kvant maʼlumot[36], Waterloo Universiteti elektrotexnika dasturini va Yangi Janubiy Uels Universiteti kvant muhandisligi boʻyicha bakalavr dasturini taklif qiladi[37].

Talabalar signal va maʼlumotlarni qayta ishlash, optoelektronika va fotonika, integral zanjirlar (bipolyar, CMOS) va elektron apparat arxitekturasi (VLSI, FPGA, ASIC) boʻyicha taʼlim oladilar. Bundan tashqari, ular kvant sensorlari, kvant aloqa va kriptografiya, kvant maʼlumotlarni qayta ishlash kabi yangi qoʻllanmalarga taʼsir qiladigan tamoyillarni oʻrganadilar. Ular kvant simulyatsiyasi va kvant hisoblash tamoyillarini oʻrganadilar va tuzoqqa tushirilgan ionlar va superoʻtkazuvchi zanjirlar kabi turli kvant ishlov berish platformalari bilan tanishadilar. Laboratoriya loyihalari talabalarga kvant qurilmalarni amalga oshirish uchun zarur boʻlgan texnik koʻnikmalarni rivojlantirishda yordam beradi va ularning kvant texnologiyalaridagi bilimini mustahkamlaydi.

Manbalar

tahrir
  1. ↑ Degen, C. L.; Reinhard, F.; Cappellaro, P. (2017-07-25). "Quantum sensing". Reviews of Modern Physics 89 (3): 035002. doi:10.1103/RevModPhys.89.035002. https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.89.035002. 
  2. ↑ Boss, J. M.; Cujia, K. S.; Zopes, J.; Degen, C. L. (2017-05-26). "Quantum sensing with arbitrary frequency resolution" (en). Science 356 (6340): 837–840. doi:10.1126/science.aam7009. ISSN 0036-8075. PMID 28546209. https://www.science.org/doi/10.1126/science.aam7009. 
  3. ↑ Moreau, Paul-Antoine; Toninelli, Ermes; Gregory, Thomas; Padgett, Miles J. (2019). "Imaging with quantum states of light" (en). Nature Reviews Physics 1 (6): 367–380. doi:10.1038/s42254-019-0056-0. ISSN 2522-5820. https://www.nature.com/articles/s42254-019-0056-0. 
  4. ↑ Liao, Sheng-Kai; Cai, Wen-Qi; Liu, Wei-Yue; Zhang, Liang; Li, Yang; Ren, Ji-Gang; Yin, Juan; Shen, Qi et al. (2017). "Satellite-to-ground quantum key distribution" (en). Nature 549 (7670): 43–47. doi:10.1038/nature23655. ISSN 1476-4687. PMID 28825707. https://www.nature.com/articles/nature23655. 
  5. ↑ Yin, Juan; Li, Yu-Huai; Liao, Sheng-Kai; Yang, Meng; Cao, Yuan; Zhang, Liang; Ren, Ji-Gang; Cai, Wen-Qi et al. (2020). "Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres" (en). Nature 582 (7813): 501–505. doi:10.1038/s41586-020-2401-y. ISSN 1476-4687. PMID 32541968. https://www.nature.com/articles/s41586-020-2401-y. 
  6. ↑ Chen, Yu-Ao; Zhang, Qiang; Chen, Teng-Yun; Cai, Wen-Qi; Liao, Sheng-Kai; Zhang, Jun; Chen, Kai; Yin, Juan et al. (2021). "An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres" (en). Nature 589 (7841): 214–219. doi:10.1038/s41586-020-03093-8. ISSN 1476-4687. PMID 33408416. https://www.nature.com/articles/s41586-020-03093-8. 
  7. ↑ Ladd, T. D.; Jelezko, F.; Laflamme, R.; Nakamura, Y.; Monroe, C.; O’Brien, J. L. (2010). "Quantum computers" (en). Nature 464 (7285): 45–53. doi:10.1038/nature08812. ISSN 1476-4687. PMID 20203602. https://www.nature.com/articles/nature08812. 
  8. ↑ Arute, Frank; Arya, Kunal; Babbush, Ryan; Bacon, Dave; Bardin, Joseph C.; Barends, Rami; Biswas, Rupak; Boixo, Sergio et al. (2019). "Quantum supremacy using a programmable superconducting processor" (en). Nature 574 (7779): 505–510. doi:10.1038/s41586-019-1666-5. ISSN 1476-4687. PMID 31645734. https://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5. 
  9. ↑ Georgescu, Iulia (2020). "Trapped ion quantum computing turns 25" (en). Nature Reviews Physics 2 (6): 278. doi:10.1038/s42254-020-0189-1. ISSN 2522-5820. 
  10. ↑ MacQuarrie, Evan R.; Simon, Christoph; Simmons, Stephanie; Maine, Elicia (2020). "The emerging commercial landscape of quantum computing" (en). Nature Reviews Physics 2 (11): 596–598. doi:10.1038/s42254-020-00247-5. ISSN 2522-5820. https://www.nature.com/articles/s42254-020-00247-5. 
  11. ↑ Zhong, Han-Sen; Wang, Hui; Deng, Yu-Hao; Chen, Ming-Cheng; Peng, Li-Chao; Luo, Yi-Han; Qin, Jian; Wu, Dian et al. (2020). "Quantum computational advantage using photons" (en). Science 370 (6523): 1460–1463. doi:10.1126/science.abe8770. ISSN 0036-8075. PMID 33273064. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe8770. 
  12. ↑ Schrödinger’s Machines, G. J. Milburn, W H Freeman & Co. (1997) (Wayback Machine saytida August 30, 2007, sanasida arxivlangan)
  13. ↑ Dowling, J. P.; Milburn, G. J. (2003). "Quantum Technology: The Second Quantum Revolution". Phil. Trans. R. Soc. A 361 (1809): 1655–1674. doi:10.1098/rsta.2003.1227. PMID 12952679. 
  14. ↑ "Physics, Philosophy, and Quantum Technology (Wayback Machine saytida 2009-01-07 sanasida arxivlangan), " 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)
  15. ↑ J. Pritchard and S. Till. „UK Quantum Technology Landscape 2014“
  16. ↑ Thew, Rob; Jennewein, Thomas; Sasaki, Masahide (2019). "Focus on quantum science and technology initiatives around the world". Quantum Science and Technology 5: 010201. doi:10.1088/2058-9565/ab5992. 
  17. ↑ Knight, Peter; Walmsley, Ian (2019). "UK national quantum technology programme". Quantum Science and Technology 4 (4): 040502. doi:10.1088/2058-9565/ab4346. 
  18. ↑ 'A little bit, better' The Economist, 18th June 2015
  19. ↑ 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. 
  20. ↑ 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. 
  21. ↑ „Europe Will Spend €1 Billion to Turn Quantum Physics into Quantum Technology - IEEE Spectrum“.
  22. ↑ Gibney, Elizabeth (2016). "Europe plans giant billion-euro quantum technologies project". Nature 532 (7600): 426. doi:10.1038/nature.2016.19796. PMID 27121819. http://www.nature.com/news/europe-plans-giant-billion-euro-quantum-technologies-project-1.19796. 
  23. ↑ Raymer, Michael G.; Monroe, Christopher (2019). "The US National Quantum Initiative". Quantum Science and Technology 4 (2): 020504. doi:10.1088/2058-9565/ab0441. 
  24. ↑ „China building world's biggest quantum research facility“ (2017-yil 11-sentyabr). Qaraldi: 2018-yil 17-may.
  25. ↑ 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. 
  26. ↑ Padma, T. V. (2020-02-03). "India bets big on quantum technology" (en). Nature. doi:10.1038/d41586-020-00288-x. PMID 33526896. https://www.nature.com/articles/d41586-020-00288-x. 
  27. ↑ The man who will build Googleʼs elusive quantum computer; Wired, 09.05.14
  28. ↑ Love, Dylan „'Quantum' technology is the future, and it's already here — here's what that means for you“. Business Insider (2017-yil 31-iyul). Qaraldi: 2019-yil 12-noyabr.
  29. ↑ 29,0 29,1 29,2 „Quantum Technologies in a nutshell“ (en-US). Quantum Technology. Qaraldi: 2022-yil 27-noyabr.
  30. ↑ Johnson, Tomi H.; Clark, Stephen R.; Jaksch, Dieter (December 2014). "What is a quantum simulator?" (en). EPJ Quantum Technology 1 (1): 1–12. doi:10.1140/epjqt10. ISSN 2196-0763. 
  31. ↑ Rademacher, Markus; Millen, James; Li, Ying Lia (2020-10-01). "Quantum sensing with nanoparticles for gravimetry: when bigger is better" (en). Advanced Optical Technologies 9 (5): 227–239. doi:10.1515/aot-2020-0019. ISSN 2192-8584. https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/aot-2020-0019/html. 
  32. ↑ Stray, Ben; Lamb, Andrew; Kaushik, Aisha; Vovrosh, Jamie; Rodgers, Anthony; Winch, Jonathan; Hayati, Farzad; Boddice, Daniel et al. (2020). "Quantum sensing for gravity cartography". Nature 602 (7898): 590–594. doi:10.1038/s41586-021-04315-3. PMID 35197616. PMC 8866129. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=8866129. 
  33. ↑ Fox, Michael F. J.; Zwickl, Benjamin M.; Lewandowski, H. J. (2020). "Preparing for the quantum revolution: What is the role of higher education?" (en). Physical Review Physics Education Research 16 (2): 020131. doi:10.1103/PhysRevPhysEducRes.16.020131. ISSN 2469-9896. https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevPhysEducRes.16.020131. 
  34. ↑ „Programs | Institute for Quantum Computing“ (en). uwaterloo.ca. Qaraldi: 2022-yil 28-noyabr.
  35. ↑ „Master in Quantum Engineering“ (en). master-qe.ethz.ch. Qaraldi: 2022-yil 28-noyabr.
  36. ↑ „Baccalauréat en sciences de l'information quantique“. USherbrooke.
  37. ↑ „Bachelor of Engineering (Honours) (Quantum Engineering)“. UNSW Sydney. 
"https://uz.wikipedia.org/w/index.php?title=Kvant_muhandisligi&oldid=5187860" dan olindi