Specjalny diament to klucz do całkowicie otwartego czujnika kwantowego

Komputery kwantowe to albo odległe marzenie, albo rychła rzeczywistość, w zależności od tego, kogo zapytasz . I chociaż znaczna część tegorocznej Wioski Kwantowej na konferencji bezpieczeństwa Defcon w Las Vegas koncentruje się na nowych badaniach i analizie zagrożeń, współzałożyciele Wioski, Victoria Kumaran i Mark Carney, pracują również nad tym, aby obecnie dostępna technologia kwantowa stała się bardziej dostępna dla hakerów i wszystkich innych.

Podczas głównego wystąpienia na Defcon w sobotę, duet zaprezentuje otwarty i niedrogi czujnik kwantowy, który może znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach, od technologii medycznych po alternatywy dla GPS. Wszystko to będzie napędzane specjalnym, a zarazem niedrogim diamentem o szczególnych właściwościach atomowych. Konstrukcja pierwszej generacji mogłaby kosztować od około 120 do 160 dolarów, w zależności od dostawców i czasu dostawy. Druga wersja, którą Kumaran i Carney zaprezentują w ten weekend, może być zbudowana za jeszcze mniej, a duet zapowiada, że jesienią opublikuje trzecią wersję, opartą na testach społecznościowych i sugestiach, której koszt budowy, jak mają nadzieję, wyniesie zaledwie 50 dolarów.

Czujniki kwantowe wykrywają niezwykle niewielkie zmiany pola magnetycznego i elektrycznego, umożliwiając ultraprecyzyjne pomiary. Na przykład zegary atomowe, które odmierzają niemal idealny czas, to czujniki kwantowe, używane od dziesięcioleci. Jednak dla badaczy i entuzjastów zainteresowanych zgłębianiem wiedzy na temat czujników kwantowych bariera wejścia była dość wysoka. Dlatego stosunkowo niedrogi, open source'owy projekt „Uncut Gem” w Quantum Village stwarza realną szansę dla większej liczby osób na zbudowanie własnych czujników kwantowych i zgłębienie tej technologii.

„Można robić rzeczy, których wcześniej nie dało się zrobić, na przykład używać czujników kwantowych do budowy przenośnych urządzeń w stylu MRI, które można by wykorzystać w różnych krajach” – powiedział Kumaran w wywiadzie dla WIRED przed prezentacją. „To diamenty z defektami, diamenty syntetyczne, czyli najtańsze odpady, jakie można dostać. Myślę, że jest coś poetyckiego w tym, że diamenty syntetyczne mają taką użyteczność”.

Większość komponentów potrzebnych do budowy czujnika kwantowego to proste, gotowe podzespoły komputerowe, ale diament musi być tzw. „diamentem azotowo-wakacyjnym”. Jego szczególne właściwości molekularne wynikają z obecności atomów azotu, które zastępują niektóre atomy węgla w strukturze atomowej diamentu.

Oprócz potencjalnych zastosowań medycznych, czujniki kwantowe mogą znaleźć zastosowanie w alternatywnych technologiach nawigacyjnych, które śledzą zakłócenia fal elektromagnetycznych. Takie narzędzia mogłyby stanowić lokalną alternatywę dla GPS w przypadku globalnych awarii systemów lub celowego zagłuszania . Siły Kosmiczne Stanów Zjednoczonych testują obecnie to, co w komunikacie prasowym określono jako „najwydajniejszy kwantowy czujnik inercyjny, jaki kiedykolwiek testowano w kosmosie”.

Dla zdecydowanej większości osób, które nie mają dostępu do najwydajniejszych na świecie czujników kwantowych, projekt Uncut Gem stanowi szansę na demokratyzację i rozwój technologii czujników kwantowych. Projekt ten dołącza do innych projektów z różnych dziedzin hakowania, które koncentrują się na tanich i łatwo dostępnych projektach i komponentach.

Niezależny badacz Davide Gessa testował schematy i kod Uncut Gem.

„Jestem w końcowej fazie odlewania diamentu wraz z elektroniką – mam nadzieję ukończyć urządzenie za około dwa tygodnie” – powiedziała Gessa w wywiadzie dla WIRED. „Postępuję zgodnie z instrukcjami z oficjalnego projektu, ale wprowadziłam też pewne modyfikacje. Mam nadzieję wykorzystać to urządzenie do eksperymentów z komputerami kwantowymi, a także do generowania liczb losowych. Wszystkie moje modyfikacje będą dostępne jako oprogramowanie open source, więc każdy będzie mógł je powielać i ulepszać”.

Prototypowe czujniki Uncut Gem były już w stanie wykryć fluktuacje fal magnetycznych w chaotycznej sali konferencyjnej, a także bicie serca z odległości kilku stóp. Oprogramowanie ma kluczowe znaczenie w detekcji kwantowej, ponieważ nawet najbardziej zaawansowany i wysokiej jakości sprzęt nadal rejestruje szum w otoczeniu, który należy zharmonizować i przefiltrować, aby skupić sygnał wyjściowy czujnika na zamierzonym sygnale.

„Nazywamy to pierwszym w pełni otwartym kodem źródłowym, ponieważ — o ile wiem — inne publikacje udostępniają pewne schematy — i do nich się odwoływaliśmy — ale nie ma żadnego innego miejsca, w którym można by znaleźć płytkę drukowaną, źródło diamentów, projekty, schematy, oprogramowanie sprzętowe, a także bazę wiedzy o tym, jak to działa, dzięki czemu można zacząć” — powiedział Carney z Quantum Village w wywiadzie dla WIRED.

Chociaż czujniki kwantowe, a w szczególności czujnik Uncut Gem, wciąż mają długą drogę do przebycia, zanim osiągną dokładność i łatwość obsługi tricordera ze Star Treka , Carney i Kumaran podkreślają, że celem projektu jest po prostu jak najszybsze udostępnienie światu prawdziwej technologii kwantowej.

„Udostępnienie tego kodu źródłowego jest dla nas naprawdę ważne” – mówi Carney. „Czy to dobry czujnik? Przepraszam, ale absolutnie nie. Są o wiele lepsze czujniki. Czy to może być lepszy czujnik? Zdecydowanie, i stanie się tak, jeśli uda nam się zachęcić ludzi do udziału w projekcie open source i jego iteracji”.