Nov, boljši način za izdelavo vezij za prve uporabne kvantne računalnike na svetu

Brian McGinty Karatbars Gold Review December 2016 Global Gold Bullion Brian McGinty (Julij 2019).

Anonim

Era kvantnih računalnikov je korak bližje kot rezultat raziskav, objavljenih v aktualni številki revije Science. Raziskovalna ekipa je razvila in pokazala nov način, kako veliko več kvantne računalniške moči prenesti v veliko manjši prostor in z veliko večji nadzor kot kdajkoli prej. Raziskovalni napredek, ki je uporabljal tridimenzionalno paleto atomov v kvantnih stanjih, imenovanih kvantni bitji ali kubi, je izvedel David S. Weiss, profesor fizike na univerzi Penn State, in trije študenti v laboratoriju. Rekel je: "Naš rezultat je eden od mnogih pomembnih dogodkov, ki so še vedno potrebni na poti k doseganju kvantnih računalnikov, ki bodo koristni za opravljanje izračunih, ki jih danes ni mogoče storiti, z aplikacijami v kriptografiji za elektronsko varnost podatkov in druge računalniško intenzivne polja. "

Nova tehnika uporablja lasersko svetlobo in mikrovalovne pečice, da natančno nadzira preklop izbranih posameznih kubičev iz enega kvantnega stanja v drugega, ne da bi spremenil stanje drugih atomov v kubični matriki. Nova tehnika prikazuje potencialno uporabo atomov kot gradnikov blokov v prihodnjih kvantnih računalnikih.

Znanstveniki so izumili inovativen način za ureditev in natančno kontrolo kvot, ki so potrebne za izračune v kvantnem računalniku. "Naš dokument dokazuje, da je ta novi pristop precizen, natančen in učinkovit način za nadzor velikih ansamblov kubic za kvantno računanje, " je dejal Weiss.

Prispevek v znanosti opisuje novo tehniko, ki jo načrtuje Weissova ekipa. Pričakuje se, da bo dosežek koristen za znanstvenike, ki si prizadevajo za druge pristope k izgradnji kvantnega računalnika, vključno s tistimi, ki temeljijo na drugih atomih, na ione ali na atomskih sistemih v 1 ali 2 dimenzijah. "Če bo ta tehnika sprejeta v teh drugih geometrijah, bi dobili tudi to robustnost, " je dejal Weiss.

Da bi svoje kvantne atome poravnali v urejen 3-D vzorec za svoje poskuse, je ekipa zgradila rešetko, ki jo izdelujejo svetlobni žarki, da bi ujela in držala atome v kubičnem razporedu petih zloženih ravnin, na primer sendvič, izdelan s petimi kruhami kruha - z vsemi prostori za 25 enakomerno razporejenih atomov. Razporeditev tvori kocko z urejenim vzorcem posameznih lokacij za 125 atomov. Znanstveniki so napolnili nekatere možne lokacije s kubiti, ki jih sestavljajo nevtralni atomi cezija - tisti brez pozitivnega ali negativnega naboja. Za razliko od bitov v klasičnem računalniku, ki so ponavadi nuli ali tisti, je vsak od kubatov v eksperimentu ekipe Weiss težko predstavljati sposobnost istočasno biti v več kot enem stanju - osrednja značilnost kvantne mehanike, imenovane kvantne superpozicije.

Weiss in njegova ekipa nato uporabita drugo vrsto lahkih prečkanih žarkov laserske svetlobe, da bi usmerili posamezne atome v rešetko. Osredotočenost teh dveh laserskih žarkov, ki se imenujejo "naslavljanje" žarkov, na ciljni atom premakne nekaj atomov energijskih nivojev za približno dvakrat toliko kot pri tistih drugih atomov v matriki, vključno s tistimi, ki so bili v pot ene od naslovnih žarkov na poti do cilja. Ko se znanstveniki nato izkopljejo celotno polje z enotnim pranjem mikrovalov, se spremeni stanje atoma s spremenjenimi ravnmi energije, medtem ko stanja vseh drugih atomov niso.

"Določili smo več kubičev v različne, natančne kvantne superposicije istočasno kot v nobenem predhodnem poskusnem sistemu, " je dejal Weiss. Znanstveniki so prav tako zasnovali svoj sistem, da so zelo neobčutljivi na natančne podrobnosti o poravnavi ali moči teh svetlobnih žarkov, ki jih uporabljajo - kar je Weiss rekel, je dobra stvar, ker "ne želite biti odvisni od natančno, kakšna je intenzivnost svetloba je ali točno, kakšna je poravnava. "

Eden od načinov, kako so znanstveniki pokazali svojo sposobnost spreminjanja kvantnega stanja posameznih atomov, je bil spreminjanje stanja izbranih atomov v treh zloženih ravninah znotraj kubične matrike, da bi črke P, S in U črke, ki predstavljajo Univerzo Penn State. "Kvantno superpozicijo atomov PSU smo spremenili, da bi bili drugačni od kvantne superpozicije drugih atomov v matriki, " je dejal Weiss. "Imamo precej visoko zvestobo. Lahko naredimo ciljne izbore z zanesljivostjo okoli 99, 7%, in načrtujemo, da bi to bilo več kot 99, 99%."

Med cilje, ki jih ima Weiss za prihodnjo raziskavo svoje ekipe, je, da bi kubiti dobili "zapletene kvantne valovne funkcije, kadar je stanje enega delca implicitno povezano s stanjem drugih delcev okoli njega". Weiss je dejal, da je ta zapletena povezava med kubiti kritični element, potreben za kvantno računanje. On je rekel, da upa, da bo gradnja na tehnikah, prikazanih v njegovem prototipnem sistemu, sčasoma omogočila svojemu laboratoriju, da pokaže visoko kakovostne zapletne operacije za kvantno računalništvo. "Polnjenje kocke s točno enim atomom na posamezno lokacijo in vzpostavljanje zapletov med atomi na poljubnih mestih, ki jih izberemo, so med našimi bližnjimi raziskovalnimi cilji, " je dejal Weiss.

menu
menu