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  • 1.  5G millimeter spectrum applied to quantum technologies--Spectre millimétrique 5G appliqué aux technologies quantiques

    Posted 01-13-2023 14:10
    Edited by Aladin Gaston 01-17-2023 17:36
    5G millimeter spectrum applied to quantum technologies--Spectre millimétrique 5G appliqué aux technologies quantiques

    Jan 2023
    ==En Français plus bas sur la même page.==

    Following a Question on the 5G millimeter spectrum applied to quantum technologies and the current research in Canada?

    Note: Originally posted to reply to a question about the article about IoT for the battlefield (B-IoT) and post-quantum security.

    The 5G millimeter spectrum, which includes frequencies in the range of 24 GHz to 100 GHz, has several potential uses in quantum technologies.

    One of the main uses is in quantum communication, where the 5G millimeter spectrum can be used to transmit quantum states over long distances with high bandwidth and low latency.

    This is particularly useful for developing secure quantum networks and quantum internet.

    Additionally, 5G millimeter waves can also be used to generate entangled photon pairs, which is an important resource for various quantum technologies such as quantum key distribution and quantum computing.
    Furthermore, 5G millimeter waves can be used to control and manipulate the state of quantum systems, such as trapped ions and superconducting qubits, with high precision.

    Also, 5G millimeter waves can be used to develop hybrid quantum-classical systems like quantum-assisted sensors and quantum-inspired artificial intelligence. Overall, the 5G millimeter spectrum has many potential applications in quantum technologies due to its ability to transmit quantum states, generate entangled photon pairs, control quantum systems with high precision, and develop hybrid quantum-classical systems.

    The Institut quantique de Sherbrooke (IQ) is one of the few interdisciplinary research institutes in quantum science. Including research in 5G millimeter spectrum apply to AIoT devices, it is in collaboration with Université de Sherbrooke

    This provides students and researchers with an opportunity to easily collaborate to create links between each research axis. The IQ, therefore, stands out internationally for its interdisciplinarity, which allows for very high-quality research work.

    5G millimeter spectrum is new and the Canadian investment from the telecom is minimum now, contrary to the US where all the telecom companies are investing in the spectrum. However, there are already     examples of prototype uses of the 5G millimeter spectrum applied to quantum technologies.

    For example, researchers have demonstrated the use of 5G millimeter waves to generate entangled photon pairs, which is an important resource for quantum key distribution and other quantum communication applications.

    Additionally, 5G millimeter waves have been used to control and manipulate the state of quantum systems, such as trapped ions, with high precision.

    Another example is the use of 5G millimeter waves to create a quantum link between two nodes in a quantum network, showing the potential of 5G to be integrated with quantum communication networks.

    However, it's worth noting that most of the examples of prototype use of 5G millimeter spectrum applied to quantum technologies are still in the research stage and not yet widely used in commercial applications.

    Furthermore, there are also technical challenges that need to be overcome, such as ensuring the coexistence of quantum and classical signals, as well as developing the necessary hardware and software for integrating 5G with quantum technologies.

    If you have an opinion please feel free to share them, If you have an interest I could organize a podcast and invite key researchers in the field and discuss implications for AIoT members,

    --FR-- 

    Suite à une question sur le spectre millimétrique 5G appliqué aux technologies quantiques et la recherche actuelle au Canada?

    Remarque : Posté à l'origine pour répondre à une question concernant l'article sur l'IoT pour le champ de bataille (B-IoT) et la sécurité post-quantique.


    Le spectre millimétrique 5G, qui comprend des fréquences comprises entre 24 GHz et 100 GHz, a plusieurs utilisations potentielles dans les technologies quantiques.

    L'une des principales utilisations est la communication quantique, où le spectre millimétrique 5G peut être utilisé pour transmettre des états quantiques sur de longues distances avec une bande passante élevée et une faible latence.

    Ceci est particulièrement utile pour développer des réseaux quantiques sécurisés et un Internet quantique.

    De plus, les ondes millimétriques 5G peuvent également être utilisées pour générer des paires de photons intriqués, ce qui est une ressource importante pour diverses technologies quantiques telles que la distribution de clés quantiques et l'informatique quantique.
    De plus, les ondes millimétriques 5G peuvent être utilisées pour contrôler et manipuler l'état des systèmes quantiques, tels que les ions piégés et les qubits supraconducteurs, avec une grande précision.

    En outre, les ondes millimétriques 5G peuvent être utilisées pour développer des systèmes hybrides quantiques classiques tels que des capteurs assistés par quantique et une intelligence artificielle d'inspiration quantique. Dans l'ensemble, le spectre millimétrique 5G a de nombreuses applications potentielles dans les technologies quantiques en raison de sa capacité à transmettre des états quantiques, à générer des paires de photons intriqués, à contrôler des systèmes quantiques avec une grande précision et à développer des systèmes hybrides quantiques-classiques.

    L'Institut quantique (IQ) de Sherbrooke est l'un des rares instituts de recherche interdisciplinaire en science quantique. Incluant la recherche dans le spectre millimétrique 5G appliqué aux appareils AIoT, c'est en collaboration avec l'Université de Sherbrooke

    Cela permet aux étudiants et aux chercheurs de collaborer facilement pour créer des liens entre chaque axe de recherche. L'IQ se démarque donc à l'échelle internationale par son interdisciplinarité, qui permet des travaux de recherche de très haute qualité.

    Le spectre millimétrique 5G est nouveau et l'investissement canadien dans les télécommunications est maintenant minimal, contrairement aux États-Unis où toutes les entreprises de télécommunications investissent dans le spectre. Cependant, il existe déjà des exemples d'utilisations prototypes du spectre millimétrique 5G appliqué aux technologies quantiques.

    Par exemple, des chercheurs ont démontré l'utilisation d'ondes millimétriques 5G pour générer des paires de photons intriqués, qui constituent une ressource importante pour la distribution de clés quantiques et d'autres applications de communication quantique.

    De plus, les ondes millimétriques 5G ont été utilisées pour contrôler et manipuler l'état des systèmes quantiques, tels que les ions piégés, avec une grande précision.

    Un autre exemple est l'utilisation des ondes millimétriques 5G pour créer un lien quantique entre deux nœuds dans un réseau quantique, montrant le potentiel de la 5G à être intégrée aux réseaux de communication quantiques.

    Cependant, il convient de noter que la plupart des exemples d'utilisation de prototypes du spectre millimétrique 5G appliqués aux technologies quantiques sont encore au stade de la recherche et ne sont pas encore largement utilisés dans les applications commerciales.

    En outre, des défis techniques doivent également être surmontés, tels que la coexistence de signaux quantiques et classiques, ainsi que le développement du matériel et des logiciels nécessaires pour intégrer la 5G aux technologies quantiques.

    Si vous avez une opinion, n'hésitez pas à la partager, si vous avez un intérêt, je pourrais organiser un podcast et inviter des chercheurs clés dans le domaine et discuter des implications pour les membres de l'AIoT Canada,




    ------------------------------
    Aladin Gaston
    CTO Flex Group Laval
    (www.flexgroups.com)
    AIoT Canada 5G "Ambassador"
    1(514)585-1719
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  • 2.  RE: 5G millimeter spectrum applied to quantum technologies--Spectre millimétrique 5G appliqué aux technologies quantiques

    Board Member
    Posted 01-16-2023 10:06
    Aladin, this is an important area, I think very worthwhile to have a podcast. 
    Today, fiber is used for the majority of QKD, if not all. I think the main aim is how to extend the distance over which QKD can work. There are also tests of QKD from LEO satellites - mainly by China which demonstrated QKD over 1000 km range. On the other hand, it seems the US is staying away from QKD based on NIST recommendations. 
    mmWave in Canada is yet to be auctioned, I think 2024-timeframe after ISED finishes with the 3800 MHz auction. From a global perspective, mmWave auctions have generally failed to get operator's interest. Only US and Australia have seen reasonable demand. But in many other markets - Brazil, India, Korea, etc. - the interest in mmWave is low. The equipment is expensive and coverage is short. I think MNOs are happy to buy it for close to nothing and sit on it!
    With quantum security applications, there's a new use case for mmWave that's worth investigating.
    BTW, We have recently published on mmWave: https://frankrayal.com/2023/01/16/millimeter-wave-has-failed-or-has-it-really/

    ------------------------------
    Frank Rayal
    Partner
    Xona Partners Inc.
    Ottawa ON
    +1 613-600-4400
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    Original Message


  • 3.  RE: 5G millimeter spectrum applied to quantum technologies--Spectre millimétrique 5G appliqué aux technologies quantiques

    Posted 01-16-2023 13:15
    Edited by Aladin Gaston 01-16-2023 14:38
    Response from Frank Rayal, l translated to French, Followed by additional comments in French and English. / Original traduit en français, suivi de commentaires supplémentaires en français et en anglais.

    Translation in French from the comments from Frank.

    +Aladin, c'est un domaine important, je pense qu'il vaut la peine d'avoir un podcast.

    Aujourd'hui, la fibre est utilisée pour la majorité des QKD (Distribution de clé quantique), sinon tous.

    Je pense que l'objectif principal est de savoir comment étendre la distance sur laquelle QKD peut fonctionner.

    Il existe également des tests de QKD (Distribution de clé quantique) à partir de satellites LEO (Orbite terrestre basse)- principalement par la Chine qui ont démontré QKD sur une portée de 1000 km. D'un autre côté, il semble que les États-Unis restent à l'écart de QKD sur la base des recommandations du NIST (Institut national des normes et de la technologie).

    mmWave au Canada n'a pas encore été mis aux enchères, je pense 2024 après la fin de l'ISED avec l'enchère de 3800 MHz. D'un point de vue mondial, les enchères mmWave n'ont généralement pas suscité l'intérêt des opérateurs.
    Seuls les États-Unis et l'Australie ont enregistré une demande raisonnable. Mais sur de nombreux autres marchés - Brésil, Inde, Corée, etc. - l'intérêt pour mmWave est faible. L'équipement est cher et la couverture est courte. Je pense que les MNO sont heureux de l'acheter pour presque rien et de s'asseoir dessus !

    Avec les applications de sécurité quantique, il existe un nouveau cas d'utilisation pour mmWave qui mérite d'être étudié.
    BTW, nous avons récemment publié sur mmWave : https://frankrayal.com/2023/01/16/millimeter-wave-has-failed-or-has-it-really/"

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    Franck Rayal
    Partenaire
    Partenaires Xona Inc.
    Ottawa ON
    +1 613-600-4400
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    Franck, je vais essayer d'avoir un invité avec moi pour un podcast sur le même sujet.

    Remarque : La plupart des recherches très pertinentes au Canada sont effectuées par des étudiants au doctorat et ne peuvent être divulguées tant qu'ils n'ont pas publié leurs recherches.

    --

    Franck vous avez raison les chinois ont fait une démonstration des technologies de LEO. Je soupçonne que les États-Unis n'ignorent pas la technologie.

    Des démonstrations de communication quantique à l'aide de satellites en orbite terrestre basse (LEO). Ces expériences visent à démontrer la faisabilité d'utiliser des satellites pour établir des liaisons de communication quantiques sécurisées à longue distance entre des stations au sol.

    L'un des exemples les plus notables est le satellite chinois nommé Micius lancé en 2016, qui a réussi à transmettre avec succès des photons intriqués (un élément clé de la communication quantique) de l'orbite aux stations au sol en Chine, et également à mener des expériences sur la distribution de l'intrication. sur de longues distances et la violation du théorème d'inégalité de Bell (*** à la fin de cet article).

    Un autre exemple est l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Académie chinoise des sciences (CAS) en partenariat sur un projet appelé "Quantum Experiments at Space Scale" (QUESS) qui a été lancé en août 2016, le satellite a pu démontrer la distribution de enchevêtrement sur 1200km.

    De plus, en 2021, la NASA a annoncé qu'elle prévoyait de lancer un petit satellite en 2026 pour tester la technologie de Quantum Key Distribution (QKD) dans l'espace. (mais ce n'est peut-être pas le premier des USA...)

    Ces tests et démonstrations sont considérés comme une étape importante vers le développement d'un réseau mondial de communication quantique, qui fournirait une communication ultra-sécurisée pour une variété d'applications, y compris la défense nationale, la finance, etc.

    -- Autre sujets à le "spectre millimétrique et la 5G" 

    J'ai découvert qu'avant toute vente aux enchères, les entreprises canadiennes peuvent avoir accès au spectre, l'entreprise Terago (https://terago.ca/terago-5g/) possède les plus grandes possessions nationales de spectre d'ondes millimétriques au Canada, y compris les 7 plus grandes villes du pays . (Contactez Chris Pauls Terago,ca Directeur Régional des Ventes P: 204.953.0952)

    Au sujet du fait que les entreprises de télécommunications américaines ont beaucoup plus investi dans le spectre millimétrique 5G que le Canada et d'autres pays, c'est probablement parce que des pays comme le Canada, le Brésil, l'Inde et la Corée s'attaquent à l'essentiel du marché pour le retour sur investissement, en Au Canada, le spectre régulier est si cher que c'est probablement une explication valable pour laquelle les coûts de communication sont si élevés.

    En moyenne, les opérateurs canadiens ont payé plus pour le spectre sans fil à bande moyenne que ceux de tout autre pays. Le prix moyen était 164% plus élevé qu'aux États-Unis, 10 fois plus élevé qu'en France et 11 fois plus élevé qu'au Royaume-Uni (statistique plus ancienne du 24 novembre 2021)

    Je crois que dans ce cas, ne pas mettre le spectre aux enchères pourrait être une bonne chose pour l'industrie AIoT ; le marché et les niches spécifiques capables d'utiliser le spectre devraient pouvoir autoriser son utilisation. Si vous avez une application AIoT, vous devriez pouvoir licencier le spectre localement.

    Le spectre des ondes millimétriques (mmWave), qui est une bande spectrale clé pour le déploiement de la 5G, est mieux utilisé pour les applications à large bande passante et à haut débit qui nécessitent beaucoup de bande passante. Certains des cas d'utilisation potentiels du spectre mmWave dans la 5G incluent :

    Communication sans fil à haut débit et à faible latence : le spectre mmWave peut prendre en charge des débits de données extrêmement élevés et une faible latence, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des applications telles que la réalité virtuelle et augmentée, la chirurgie à distance et les voitures autonomes.

    Réseaux sans fil haute densité : le spectre mmWave peut prendre en charge un grand nombre d'appareils dans une petite zone, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des environnements urbains surpeuplés et lors de grands événements tels que des stades et des salles de concert.

    Accès sans fil fixe : le spectre mmWave peut être utilisé pour fournir un accès Internet haut débit aux particuliers et aux entreprises, en particulier dans les zones difficiles à desservir avec le haut débit filaire.

    Backhaul : le spectre mmWave peut être utilisé pour relier les stations de base 5G entre elles, leur permettant de partager des données et d'améliorer les performances globales des réseaux 5G.

    Réseaux sans fil haute densité : le spectre mmWave peut prendre en charge un grand nombre d'appareils dans une petite zone, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des environnements urbains surpeuplés et lors de grands événements tels que des stades et des salles de concert, où de nombreux appareils IoT sont présents.

    Automatisation industrielle : le spectre mmWave peut être utilisé pour prendre en charge une communication à large bande passante et à faible latence entre les machines dans les environnements industriels, tels que les usines et les entrepôts.

    Ville intelligente : le spectre mmWave peut être utilisé pour prendre en charge une communication à large bande passante et à faible latence entre les appareils et les infrastructures dans les villes intelligentes, telles que les feux de circulation, les parcmètres et les systèmes de transport public.

    Il est important de noter que le spectre mmWave a une portée limitée et peut être bloqué par des obstacles, il est donc généralement utilisé en combinaison avec des bandes de fréquences plus basses pour une meilleure couverture globale.


    Merci Frank 

    *** Note sur: le théorème de L'inégalité de Bell.

    L'inégalité de Bell est un théorème de la mécanique quantique qui décrit une limite fondamentale de la corrélation entre les résultats des mesures sur deux ou plusieurs systèmes quantiques. Le théorème a été proposé pour la première fois par le physicien John Stewart Bell en 1964, et il est basé sur l'hypothèse que les résultats des mesures sur deux systèmes quantiques ou plus sont déterminés par des variables cachées locales.

    L'inégalité de Bell stipule que la corrélation entre les résultats des mesures sur deux ou plusieurs systèmes quantiques est limitée par une certaine inégalité mathématique, connue sous le nom d'inégalité de Bell. Lorsque la corrélation entre les résultats des mesures sur deux ou plusieurs systèmes quantiques dépasse cette limite, on dit qu'elle viole l'inégalité de Bell.

    La violation de l'inégalité de Bell est considérée comme une indication forte que les hypothèses de réalisme local (l'idée qu'un objet est affecté par son environnement local) et les variables cachées qui sous-tendent l'inégalité de Bell ne sont pas valides. Cela signifie que les prédictions de la mécanique quantique sont fondamentalement différentes de celles de la mécanique classique et que les systèmes quantiques peuvent présenter des corrélations qui ne peuvent être expliquées par aucune variable cachée locale.

    En pratique, la violation de l'inégalité de Bell a été démontrée expérimentalement en utilisant une variété de systèmes physiques, y compris des photons, des électrons et des atomes. Ces expériences ont fourni des preuves solides de la nature non locale de la mécanique quantique et ont des implications importantes pour des domaines tels que l'informatique quantique et la communication quantique.

    -- English --

    Frank, I will try to have a guest with me for a Podcast on the same subject.

    Note: Most of the very pertinent research in Canada is made by Ph.D. students and cannot be disclosed until they have published their research.

    you are right the Chinese did a demonstration of the technologies from LEO. I suspect that the US is not ignoring technology.

    demonstrations of quantum communication using satellites in low Earth orbit (LEO). These experiments aim to demonstrate the feasibility of using satellites to establish long-distance, secure quantum communication links between ground stations.

    One of the most notable examples is the Chinese satellite named Micius launched in 2016, which was able to successfully transmit entangled photons (a key component of quantum communication) from orbit to ground stations in China, and also to conduct experiments on the distribution of entanglement over long distances and the violation of Bell's inequality theorem (*** at the end of this article).

    Another example is the European Space Agency (ESA) and the Chinese Academy of Sciences (CAS) partnered on a project called "Quantum Experiments at Space Scale" (QUESS) which was launched in August 2016, the satellite was able to demonstrate the distribution of entanglement over 1200km.

    Also, in 2021, NASA announced that it is planning to launch a small satellite in 2026 to test the technology for Quantum Key Distribution (QKD) in space. (but it may not be the first one from the USA...)

    These tests and demonstrations are considered a significant step towards developing a global quantum communication network, which would provide ultra-secure communication for various applications, including national defense, finance, and more.

    -- Changing topics to the millimeter spectrum.

    I discovered that before any auction, Canadian companies can have access to the spectrum, the company Terago (https://terago.ca/terago-5g/) has Canada's largest nationwide millimeter wave spectrum holdings, including the 7 largest cities in the country. 
    (Contact Chris Pauls Terago, ca Regional Sales Director P: 204.953.0952)

    On the topic that the US telecom companies have invested in the 5G millimeter spectrum much more than Canada and other countries, It is most likely because countries like Canada, Brazil, India, and Korea are going after the bulk of the market for ROI, In Canada, the regular spectrum is so expensive, that It is probably a valid explanation why communication cost is that high.

    On average, Canadian operators paid more for mid-band wireless spectrum than those in any other country. The average price was 164 percent higher than the U.S., 10 times higher than France, and 11 times higher than the U.K.( older stat as of Nov 24, 2021)

    I believe in this case not having the spectrum auctioned could be a good thing for the AIoT Industry; the market and the specific niches capable of using the spectrum should be able to license its use. If you have an AIoT application, you should locally be able to license it.

    The millimeter wave (mmWave) spectrum, which is a key spectrum band for 5G deployment, is best used for high-bandwidth, high-speed applications that require a lot of bandwidth. Some of the potential use cases for mmWave spectrum in 5G include:

    High-speed, low-latency wireless communication: mmWave spectrum can support extremely high data rates and low latency, making it ideal for use in applications such as virtual and augmented reality, remote surgery, and self-driving cars.

    High-density wireless networks: mmWave spectrum can support a large number of devices in a small area, making it ideal for use in crowded urban environments and at large events such as stadiums and concert venues.

    Fixed wireless access: mmWave spectrum can be used to deliver high-speed internet access to homes and businesses, particularly in areas that are difficult to serve with wired broadband.

    Backhaul: mmWave spectrum can be used to link 5G base stations together, allowing them to share data and improve the overall performance of 5G networks.

    High-density wireless networks: mmWave spectrum can support a large number of devices in a small area, making it ideal for use in crowded urban environments and at large events such as stadiums and concert venues, where many IoT devices are present.

    Industrial Automation: mmWave spectrum can be used to support high-bandwidth, low-latency communication between machines in industrial environments, such as factories and warehouses.

    Smart City: mmWave spectrum can be used to support high-bandwidth, low-latency communication between devices and infrastructure in smart cities, such as traffic lights, parking meters, and public transportation systems.

    It's important to note that the mmWave spectrum has a limited range and can be blocked by obstacles, so it's typically used in a combination with lower frequency bands for better overall coverage.

    Thank you

    ... Note: Bell's inequality is a theorem in quantum mechanics that describes a fundamental limit on the correlation between the results of measurements on two or more quantum systems. The theorem was first proposed by physicist John Stewart Bell in 1964, and it is based on the assumption that the results of measurements on two or more quantum systems are determined by local hidden variables.

    Bell's inequality states that the correlation between the results of measurements on two or more quantum systems is bounded by a certain mathematical inequality, known as Bell's inequality. When the correlation between the results of measurements on two or more quantum systems exceeds this bound, it is said to violate Bell's inequality.

    The violation of Bell's inequality is considered as a strong indication that the assumptions of local realism (the idea that an object is affected by its local environment) and hidden variables that underlie Bell's inequality are not valid. This means that the predictions of quantum mechanics are fundamentally different from those of classical mechanics, and that quantum systems can exhibit correlations that cannot be explained by any local hidden variables.

    In practice, the violation of Bell's inequality has been experimentally demonstrated using a variety of physical systems, including photons, electrons, and atoms. These experiments have provided strong evidence for the non-local nature of quantum mechanics and have important implications for fields such as quantum computing, AIoT and quantum communication.





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