Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D

Schritt Hin Zu dem Aufbauen von Quantums-Computern

Published on August 6, 2009 at 8:06 PM

Anhebend prospektiert für das Aufbauen eines praktischen Quantumscomputers, Physiker am National Institute of Standards and Technology (NIST) haben demonstriert die nachhaltigen, zuverlässigen informationsverarbeitenden Operationen auf elektrisch belasteten Atomen (Ionen). Das neue Werk, beschrieben im Punkt Am 6. August der Wissenschaft Ausdrücklich, * gleicht beträchtliche Hürden bei der Gradeinteilung herauf Ionabfangen Technologie von den kleinen Vorführungen zu den größeren Quantumsprozessoren aus.

NIST-Physiker demonstriert gestützt, das zuverlässige Quantum informationsverarbeitend in der Ionenfalle in der linken Mitte dieser Fotografie, verbessernd prospektiert für das Aufbauen eines praktischen Quantumscomputers. Die Ionen werden innerhalb des dunklen Schlitzes (3.5mm lang und 200 Mikrometer breit) zwischen den gold-bedeckten Tonerdewafers eingeschlossen. Indem sie die Spannungen ändern, die an jeder der Goldelektroden angewendet werden, können Wissenschaftler die Ionen zwischen die sechs Zonen der Falle verschieben. Kredit: J. Jost/NIST

In der neuen Vorführung führten NIST-Forscher wiederholt eine kombinierte Reihenfolge von fünf Quantumslogischen verknüpfungen und von zehn Verkehrsbetrieben bei das 0s und das 1s der binären Daten zuverlässig warten durch, die in den Ionen gespeichert wurden, die als Quantumsbits (qubits) für einen hypothetischen Quantumscomputer dienen, und dem Beibehalten der Fähigkeit, diese Informationen nachfolgend zu manipulieren. Vorher sind Wissenschaftler an NIST und anderswo nicht imstande gewesen, jede mögliche qubit Technologie in die Ausführung eines ganzen Satzes Quantumslogischer verknüpfungen beim Transportieren von Informationen zu überreden, ohne die Störungen, welche die neueren Prozesse vermindern.

„Der beträchtliche Fortschritt ist, dass wir auf der Datenverarbeitung halten können, trotz der Tatsache, die wir viel qubit Transport tun,“ sagt erstes Autor Haus Jonathan-, ein NIST-Habilitationsforscher.

Die NIST-Gruppe führte einige der frühesten Experimente auf dem Quantum informationsverarbeitend durch und hat vorher viele grundlegenden Bauteile gezeigt, die für die Datenverarbeitung mit aufgefangenen Ionen benötigt wurden. Die neue Forschung kombiniert vorhergehende Fortschritte mit zwei entscheidenden Lösungen zur vorher chronischen Verwundbarkeit: Abkühlen von Ionen, nachdem Transport also ihre empfindlichen Quantumseigenschaften für nachfolgende logische Verknüpfungen verwendet werden können und Speichern von Datenwerten in den speziellen Zuständen von Ionen, die gegen unerwünschte Änderungen durch Streumagnetfelder beständig sind.

Infolgedessen haben die NIST-Forscher jetzt auf einem kleinen Maßstab alle im Allgemeinen anerkannten Anforderungen für einen umfangreichen Ion-basierten Quantumsprozessor demonstriert. Vorher konnten sie alle folgenden Prozesse einige auf einmal durchführen, aber jetzt können sie alle zusammen und wiederholt durchführen: (1) „initialisieren“ qubits zum gewünschten Anfangszustand (0 oder 1), (2) Speicher qubit Daten in den Ionen, (3) führen logische Verknüpfungen auf ein oder zwei qubits, (4) Übergangsinformationen zwischen verschiedenen Einbauorten im Prozessor durch, und (5) resultiert ausgelesenes qubit einzeln (0 oder 1).

Durch seinen Gebrauch der Ionen, stellt das NIST-Experiment eine viel versprechende Architektur für einen Quantumscomputer, eine möglicherweise leistungsfähige Maschine zur Schau, die einige Probleme, die aktuell unlenksam sind, wie Brechen von heutigen weit verbreitetsten Verschlüsselungscodes theoretisch lösen könnte. Bauend auf die ungewöhnlichen Regeln der submikroskopischen Quantumswelt, können qubits als 0s und 1s, anders als gewöhnliche digitale Bits gleichzeitig auftreten, die nur einen Wert jederzeit anhalten. Quantums-Computer berechnen auch ihre Leistung von der Tatsache, dass qubits „verwickelt werden können,“ also werden ihre Eigenschaften, sogar in einem Abstand verbunden. Ionen sind eins einiger verschiedener Baumuster Quantumsanlagen in Untersuchung auf der ganzen Welt für Gebrauch als qubits in einem Quantumscomputer. Es gibt keine Rahmenvereinbarung, auf der Anlage ausfällt, das Beste zu sein.

Die NIST-Experimente, die in der Wissenschaft Ausdrücklich ist beschrieben wurden, speicherten die qubits in zwei Berylliumionen, die in einer Falle mit sechs eindeutigen Zonen angehalten wurden. Elektrische Bereiche werden verwendet, um die Ionen von einer Zone auf andere in der Falle zu verschieben, und ultraviolette Laser-Impulse von spezifischen Frequenzen und Dauer wird verwendet, um die Energiezustände der Ionen zu manipulieren. Die demonstrierten Wissenschaftler wiederholten Runden einer Reihenfolge der logischer Verknüpfungen (vier einzel--qubit Operationen und eine two-qubit Operation) auf den Ionen und fanden, dass Betriebsfehlerraten nicht erhöhten, während sie durch die Serie, trotz des Transportierens von qubits über makroskopischen Abständen (960 Mikrometer oder fast einem mm) bei der Durchführung der Arbeiten weiterkamen.

Die NIST-Forscher wendeten zwei Schlüsselinnovationen an Quantuminformationen Aufbereiten an. Zuerst verwendeten sie zwei Partnermgionen als „Kühlmittel“ für das Abkühlen der Berylliumionen, nachdem sie sie transportiert hatten, dadurch sie lassen sie logische Verknüpfungen ohne irgendeinen zusätzlichen Fehler fortfahren, der zum Heizen zugezogen während des Transportes passend ist. Die starken elektrischen Kräfte zwischen den Ionen aktivierten das Laser-abgekühlte Mg, die Berylliumionen unten abzukühlen und löschen dadurch die Wärme, die mit ihrem Antrag verbunden ist, ohne die gespeicherten Quantumsinformationen zu stören. Das neue Experiment ist das erste, zum dieses „sympathischen Abkühlens“ in Vorbereitung auf erfolgreiche two-qubit logische Verknüpfungen anzuwenden.

Die andere beträchtliche Innovation war der Gebrauch von drei verschiedenen Paaren Energiezuständen innerhalb der Berylliumionen, Informationen während der verschiedenen Verarbeitungsschritte zu verwahren. Diese erlaubten in den Ionenzuständen angehalten zu werden Informationen, die nicht durch Magnetfeldfluktuieren während des Ionenspeichers und -transportes geändert wurden, eine andere Quelle von Aufbereitungsfehler beseitigend. Informationen wurden auf verschiedene Energiestufen in den Berylliumionen für logische Verknüpfungen durchführen oder ihre Datenwerte auslesen übertragen.

Das NIST-Experiment fing mit zwei qubits an, die in den unterschiedlichen Zonen der Ionenfalle angehalten wurden, also konnten sie einzeln manipuliert werden, um ihre Zustände zu initialisieren, einzel--qubit logische Verknüpfungen durchzuführen, und auszulesen resultiert. Die Ionen wurden dann in einer einzelnen Blockierzone für eine two-qubit logische Verknüpfung kombiniert und getrennt wieder und transportiert zu den verschiedenen Blockierregionen für nachfolgende einzel--qubit logische Verknüpfungen. Um die Wirksamkeit der Prozesse auszuwerten, führten die Wissenschaftler das Experiment 3.150mal für jeden von 16 verschiedenen Anfangszuständen durch. Die Versuchsergebnisse für eine und zwei Anwendungen der Reihenfolge von Operationen wurden dann miteinander sowie mit einem theoretischen Baumuster von perfekten Ergebnissen verglichen.

Der NIST-Quantumsprozessor arbeitete mit einer Genauigkeit von 94 Prozent, Durchschnitt berechnet über allen Iterationen des Experimentes. Darüber hinaus war die Fehlerrate die selbe für jede von zwei nachfolgenden Wiederholungen der logischen Reihenfolge und zeigte, dass die Operationen von den Fehlern isoliert werden, die möglicherweise durch Ionentransport eingeführt worden. Die Fehlerrate von 6 Prozent ist nicht noch nah an dem 0,01-Prozent-Schwellwert, der von den Experten für die fehlertolerante Quantumsdatenverarbeitung, Hauptanmerkungen gekennzeichnet wird. Die Fehlerrate Zu Verringern ist ein Fokus aktueller NIST-Forschung. Anderes Thema, bei der Gradeinteilung herauf die Technologie, zum eines praktischen Computers aufzubauen wird Ionen in den großen, komplexen Reihen Fallearbeit steuern, die auch in die NIST-Gruppe ausgeübt wird.

Es gibt auch weltlichereherausforderungen: NIST-Wissenschaftler führten erfolgreich fünf Runden der Logiks und der Transportreihenfolge (insgesamt 25 logische Verknüpfungen plus 4 Vorbereitungs- und Analyseschritte) durch, aber ein Versuch, zu einer 6. Runde fortzufahren zerschmetterte den herkömmlichen Computer, der verwendet wurde, um die Laser und die Ionen des Quantumsprozessors zu steuern. Nichtsdestoweniger verschiebt die neue Vorführung Ionfalle Technologie, die auf dem Pfad auf einen großen Quantumsprozessor beträchtlich Vorwärts ist.

Die Forschung wurde im Teil durch die Intelligenz Fortgeschrittene Forschungsprojekt-Aktivität unterstützt.

*J.P. Home, D. Hanneke, J.D. Jost, J.M. Amini, D. Leibfried und D.J. Wineland. 2009. Komplette Methoden eingestellt für ersteigbares Ionenblockierquantum informationsverarbeitend. Wissenschaft Ausdrücklich. Online Am 6. August Bekannt gegeben.

Last Update: 13. January 2012 22:18

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit