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.

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 va yangi tasvirlash usullari, xavfsiz aloqa (kvant internet) va kvant hisoblash kabi sohalarni oʻz ichiga oladi.

Tarixi 
Kvant texnologiyalari sohasida dastlabki izoh 1997-yilda Gerard J. Milburn tomonidan yozilgan kitobda berilgan boʻlib, keyinchalik 2003-yilda Milburn va Jonathan P. Dowling hamda David Deutsch 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.

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

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

Qoʻllanilishi

Xavfsiz aloqa 
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.

Hisoblash 
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 .

Kvant simulyatorlari haqiqiy dunyo tizimini, masalan, kimyoviy birikmalarni simulyatsiya qilish uchun moʻljallangan kvant kompyuterlari turlaridir. 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.

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

Taʼlim dasturlari 
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.

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 . 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, Waterloo Universiteti elektrotexnika dasturini va Yangi Janubiy Uels Universiteti kvant muhandisligi boʻyicha bakalavr dasturini taklif qiladi.

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 

Kvant fizika
Texnologiya