ORTO-OREL.RU

Квантовые технологии находят применение не только в сфере вычислений и защищённой связи. Радарные технологии тоже ждут квантового превосходства. Классические радары слепнут в условиях сильных помех, тогда как эффект квантовой запутанности способен прорвать эту пелену. Французские учёные заявили, что они добились успеха на новом направлении и показали 20-процентное превосходство квантовых радарных технологий над классическими.

Источник изображения: Quantum Circuit Group (ENS de Lyon)

О разработке в журнале Nature Physics сообщила группа исследователей из Высшей нормальной школы Лиона (Ecole Normale Supérieure de Lyon, CNRS). Учёные создали схему, в которой происходит запутывание двух микроволновых фотонов (квантов энергии), один из которых летит к цели, отражается от неё и в окружении шумов возвращается к источнику, где сравнивается с «холостым» фотоном, с которым он находится в состоянии квантовой запутанности. Эффект запутанности позволяет с большой точностью детектировать сигнал и выделяет его даже на фоне очень сильных помех.

Измерение характеристик квантового радара показало, что опытная установка на 20 % превосходит возможности классических радаров определять цели. В теории эта разница может достигать четырёхкратного превосходства квантовых радаров, но для эксперимента даже такого преимущества достаточно, чтобы дальше работать в этом направлении.

Схема экспериментальной установки

Следует сказать, что до этого никто не заявлял о создании схемы квантового радара для микроволнового диапазона. Предыдущие эксперименты были основаны на запутывании пар фотонов видимого или близкого к нему диапазонов, что наука освоила довольно хорошо. Но фотоны видимого или инфракрасного света, как нетрудно догадаться, будут бесполезны в дождь, снег и в густой облачности. Поэтому работающая схема квантового радара с фотонами микроволнового излучения в гигагерцовом диапазоне, где работают классические радары, это определённый прорыв, которым можно гордиться.

Но также не следует забывать о разработках китайцев, которые тоже заняты серьёзными исследованиями в области квантовых радаров. Они также преуспели в экспериментах с запутыванием фотонов в оптическом диапазоне и представили альтернативу микроволновым фотонам в виде излучения запутанных электронов, разогнанных до скорости, близкой к световой. Во всех случаях серьёзным недостатком таких решений было и остаётся необходимость сильнейшего охлаждения запутанных частиц, что было также в случае схемы французских учёных.

Так называемое второе поколение 3-нм техпроцесса в исполнении TSMC обычно фигурировало во внутренних документах тайваньской компании под обозначением N3E и было привязано по срокам внедрения ко второй половине 2025 года. На минувшей квартальной конференции представители TSMC уточнили, что к массовому производству чипов по технологии N3E компания будет готова приступить в четвёртом квартале текущего года.

Источник изображения: TSMC

Генеральный директор TSMC Си-Си Вэй (C.C. Wei) на отчётом мероприятии в конце этой недели заявил буквально следующее: «N3E расширяет наше семейство N3 за счёт возросшего быстродействия, сниженного энергопотребления и уровня выхода годной продукции, а также обеспечивает полную поддержку платформ как в сегменте высокопроизводительных вычислений, так и для применения в смартфонах. N3E прошёл квалификационные тесты, достиг целевых показателей по быстродействию и уровню брака, в массовое производство он будет запущен в четвёртом квартале этого года».

Напомним, если базовый вариант техпроцесса N3, который компания TSMC использует для массового производства компонентов по заказу той же Apple с конца прошлого года, обеспечивает снижение энергопотребления до 25–30 %, улучшение производительности на 10–15 % и экономию площади кристалла до 42 % по сравнению с техпроцессом N5, то в случае с N3E за счёт некоторого уменьшения плотности размещения транзисторов (на 7,8 % по сравнению с N3) предлагает более высокий уровень выхода годной продукции и упрощение самого производства, что благоприятно сказывается и на себестоимости продукции. Кроме того, N3E увеличивает экономию в энергопотреблении до 32 % по сравнению с N5, а производительность транзисторов возрастает на 18 % вместо 15 % у базового N3.

По сути, N3E лишь немногим жертвует с точки зрения плотности размещения транзисторов по сравнению с N5: она увеличивается в 1,6 раза вместо 1,7 раз у более дорогого в производстве N3. Как ожидается, N3E сможет привлечь большее количество клиентов к услугам TSMC, чем это удалось N3. Впрочем, даже базовый вариант своего 3-нм техпроцесса руководство компании считает лучшим на рынке с точки зрения производительности, плотности размещения транзисторов и энергопотребления, а потому подчёркивает, что во второй половине текущего года объёмы выпуска чипов с его использованием заметно возрастут, причём как в сегменте высокопроизводительных вычислений, так и в сегменте смартфонов.

Руководство TSMC на этой неделе также выразило надежду, что семейство 3-нм техпроцессов в исполнении компании сформирует долговременный спрос со стороны клиентов, и этот технологический цикл будет долгоиграющим с точки зрения продолжительности присутствия на рынке. Базовый техпроцесс N3 к концу этого года будет формировать от 4 до 6 % совокупной выручки компании, хотя пока в отчётности TSMC он вообще не упоминается, хотя фактически используется в серийном производстве с начала текущего года, как минимум.

Этими двумя разновидностями 3-нм техпроцесса TSMC ограничиваться не собирается. Ко второй половине следующего года компания готовится освоить техпроцесс N3P, который снизит энергопотребление на 5–10 % по сравнению с N3E, поднимет быстродействие на 5 % и на 4 % увеличит плотность размещения транзисторов. К 2025 году специально для самых производительных чипов будет внедрён техпроцесс N3X, который позволит применять более высокие напряжения и поднимет быстродействие как минимум на 5 %, но ценой более высокого энергопотребления по сравнению с N3P. Зато плотность размещения транзисторов «трогать» не будут, и она останется на одном уровне с N3P. С этой точки зрения жизненный цикл 3-нм техпроцессов в производственной программе TSMC действительно будет продолжительным.

Во вторник на форуме NASA Exploration Science Forum представитель агентства сообщил, что в июне официально стартовала сборка лунохода VIPER для поиска воды на Луне. Это будет первый луноход NASA, которому понадобятся фары, добавил докладчик. Ровер будет спускаться на дно лунных кратеров, куда солнце никогда не заглядывало. Без источников света там никак не обойтись.

Луноход VIPER в представлении художника. Источник изображения: NASA

Миссия VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) была объявлена NASA в 2019 году. Формально она является продолжением миссии Resource Prospector, которая была отменена в 2018 году по причине перехода NASA на коммерческие программы. Напомним, целый спектр миссий по доставке на Луну роверов и разработку научных приборов поручили компаниям из утверждённого списка, что, по идее, должно было снизить нагрузку на федеральный бюджет (в чём есть сомнения, но это другая история).

Для доставки лунохода NASA на Луну в 2020 году была выбрана компания Astrobotic. Разрабатываемый Astrobotic посадочный модуль Griffin должен доставить луноход в район кратера Нобиле — это ударный кратер шириной 73 км на южном полюсе Луны. Для этого с Astrobotic заключён контракт на сумму $200 млн. К сожалению, компания не смогла выдержать план разработок и производства, и это заставило перенести миссию с ноября этого года на ноябрь 2024 года. Общая стоимость миссии достигает $500 млн с учётом оплаты запуска на ракете Falcon Heavy компании SpaceX.

Луноход массой 450 кг и размерами с машину для гольфа будет впадать в спячку, когда место посадки будет уходить из зоны прямой видимости с Земли (южный полюс Луны выписывает в пространстве эллипс и на две недели скрывается от нас). Заряда аккумуляторов будет хватать луноходу на 50 часов разведки дна лунных кратеров. Поскольку задержка сигнала с Земли на Луну всего несколько секунд, команда с Земли сможет управлять им, как беспилотником в режиме реального времени.

Для определения толщины водяного льда, если таковой будет найден, на луноходе предусмотрен бур длиной один метр. Признаки воды на Луне обнаружил ещё в 2009 году индийский спутник Chandrayaan 1 и учёные надеются, что в кратерах будут её большие залежи в виде льда, а вода — это источник кислорода для дыхания и водорода для ракетного топлива. От наличия и обилия воды на Луне будет зависеть судьба лунных баз и выбор направления для последующих космических программ.

Номинальной датой запуска лунохода выбрано 10 ноября 2024 года. Затем последует полёт к Луне, который продлится пять месяцев или на пару месяцев дольше, если в NASA внесут коррективы в траекторию сближения с Луной.