Een speciale diamant is de sleutel tot een volledig open source quantumsensor

Quantum computing is een verre droom of een nabije realiteit, afhankelijk van wie je het vraagt . En hoewel een groot deel van Quantum Village op de Defcon- beveiligingsconferentie in Las Vegas dit jaar gericht is op opkomend onderzoek en dreigingsanalyse, werken medeoprichters Victoria Kumaran en Mark Carney van Quantum Village er ook aan om een momenteel beschikbare quantumtechnologie toegankelijker te maken voor hackers en iedereen.

In een presentatie op de hoofdpodia van Defcon op zaterdag presenteert het duo een open-source en betaalbare quantumsensor die voor diverse doeleinden kan worden gebruikt, van medische technologieën tot GPS-alternatieven. Het geheel wordt aangestuurd door een speciale maar betaalbare diamant met bijzondere atomaire eigenschappen. Het ontwerp van de eerste generatie kan voor ongeveer $ 120 tot $ 160 worden geassembleerd, afhankelijk van leveranciers en verzendtijden. De tweede versie die Kumaran en Carney dit weekend presenteren, kan voor nog minder worden gebouwd. Het duo zegt dat ze dit najaar een derde versie zullen uitbrengen op basis van tests en input van de community, waarvan ze hopen dat de bouw slechts $ 50 zal kosten.

Quantumsensoren detecteren extreem kleine variaties in magnetische en elektrische velden, wat ultraprecieze metingen mogelijk maakt. Atoomklokken die bijvoorbeeld vrijwel perfect de tijd bijhouden, zijn quantumsensoren die al tientallen jaren worden gebruikt. Voor onderzoekers en liefhebbers die meer willen weten over quantumsensoren, is de drempel echter hoog. Het relatief betaalbare, open-sourceproject "Uncut Gem" van Quantum Village creëert daarom een reële kans voor meer mensen om hun eigen quantumsensoren te bouwen en de technologie te verkennen.

"Je kunt dingen doen die je voorheen niet kon, zoals het gebruik van kwantumsensoren om draagbare MRI-achtige apparaten te bouwen die in alle landen gebruikt kunnen worden", vertelde Kumaran aan WIRED voorafgaand aan de presentatie. "Dit zijn diamanten met defecten, synthetische diamanten die de goedkoopste slijpsels zijn die je kunt krijgen. Ik vind het poëtisch dat synthetische diamanten dit nut hebben."

De meeste componenten die nodig zijn voor de quantumsensor zijn eenvoudige kant-en-klare computeronderdelen, maar de diamant moet een zogenaamde "stikstofvacaturediamant" zijn. De bijzondere moleculaire eigenschappen zijn te danken aan de aanwezigheid van stikstofatomen die een aantal koolstofatomen in de atomaire structuur van de diamant vervangen.

Naast potentiële medische toepassingen kunnen kwantumsensoren worden gebruikt in alternatieve navigatietechnologieën die elektromagnetische golfinterferentie traceren. Dergelijke tools zouden kunnen worden gebruikt als lokale alternatieven voor GPS in geval van wereldwijde systeemstoringen of gerichte blokkering . De Amerikaanse Space Force test momenteel wat volgens een persbericht de "best presterende kwantum-inertiële sensor ooit in de ruimte getest" wordt genoemd.

Voor de overgrote meerderheid van de mensen die geen toegang hebben tot 's werelds best presterende quantumsensoren, biedt het Uncut Gem-project echter een kans om quantumsensortechnologie te democratiseren en uit te breiden. Het project sluit zich aan bij andere projecten in verschillende hackinggebieden die zich richten op goedkope, toegankelijke ontwerpen en componenten.

Onafhankelijk onderzoeker Davide Gessa heeft de schema's en code van Uncut Gem getest.

"Ik ben bezig met de laatste fase van het gieten van de diamant met de elektronica. Ik hoop het apparaat over ongeveer twee weken af te hebben", vertelde Gessa aan WIRED. "Ik volg de instructies van het officiële project, maar ik heb ook wat aanpassingen gedaan. Mijn hoop is om dit apparaat te gebruiken voor quantumcomputerexperimenten en voor het genereren van willekeurige getallen. Al mijn bewerkingen zullen open source zijn, zodat iedereen het kan kopiëren en verbeteren."

Prototypesensoren van Uncut Gem hebben al magnetische golffluctuaties in een chaotische conferentiezaal kunnen detecteren, evenals een hartslag op een paar meter afstand van een proefpersoon. Software is essentieel bij quantumdetectie, omdat zelfs de meest verfijnde en hoogwaardige hardware nog steeds ruis in de omgeving oppikt die moet worden gecorrigeerd en gefilterd om de sensoruitvoer te richten op de beoogde detectie.

"We noemen dit de eerste volledig open source omdat, voor zover ik heb kunnen nagaan, andere documenten je wel wat schema's geven - en daar hebben we naar verwezen - maar er is geen andere plek waar je terecht kunt voor de PCB [printed circuit board], de bron van diamanten, de ontwerpen, de schema's, de firmware en ook een databank met kennis over hoe het werkt, zodat je aan de slag kunt", vertelde Carney van Quantum Village aan WIRED.

Hoewel kwantumsensoren, en zeker de Uncut Gem-sensor, nog een lange weg te gaan hebben voordat ze de nauwkeurigheid en het gebruiksgemak van een Star Trek -tricorder kunnen evenaren, benadrukken Carney en Kumaran dat het doel van het project simpelweg is om daadwerkelijke kwantumtechnologie zo snel mogelijk aan de wereld te presenteren.

"Open source is echt belangrijk voor ons", zegt Carney. "Is het een goede sensor? Pardon, maar nee hoor. Er zijn veel betere sensoren. Zou het een betere sensor kunnen zijn? Absoluut, en dat zal gebeuren als we mensen kunnen laten deelnemen aan open source en het kunnen herhalen."