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Paso De Progresión Hacia la Construcción de los Ordenadores de Quantum

Published on August 6, 2009 at 8:06 PM

Aumentando prospecta para construir un ordenador práctico del quantum, físicos en el National Institute of Standards and Technology (NIST) han demostrado operaciones de la tratamiento de la información continua, segura en los átomos eléctricamente cargados (iones). La nueva obra, descrita en la aplicación del 6 de agosto la Ciencia Expresa, * vence obstáculos importantes en el escalamiento encima de tecnología de la ión-interceptación de pequeñas demostraciones a procesadores más grandes del quantum.

Los físicos demostrados continuos, tratamiento del NIST de la información segura del quantum en el desvío del ión en el centro izquierdo de esta fotografía, mejorando prospectan para construir un ordenador práctico del quantum. Los iones se atrapan dentro de la ranura oscura (3.5m m largos y 200 micrómetros anchos) entre los fulminantes oro-revestidos del alúmina. Cambiando los voltajes aplicados a cada uno de los electrodos del oro, los científicos pueden mover los iones entre las seis zonas del desvío. Haber: J. Jost/NIST

En la nueva demostración, los investigadores del NIST realizaron en varias ocasiones una serie combinada de cinco operaciones de lógica del quantum y de diez operaciones de transporte mientras que seguro mantenían el 0s y el 1s de los datos binarios salvados en los iones, que sirven como dígitos binarios del quantum (qubits) para un ordenador hipotético del quantum, y conservan la capacidad de manipular posteriormente esta información. Previamente, los científicos en el NIST y a otra parte han no podido engatusar cualquier tecnología del qubit en la ejecución de un conjunto completo de operaciones de lógica del quantum mientras que transportan la información, sin las dispersiones que degradaban los procesos posteriores.

“El avance importante es que podemos guardar en calcular, a pesar del hecho que estamos haciendo mucho transporte del qubit,” dice el primer autor Hogar de Jonatán, investigador postdoctoral del NIST.

El grupo del NIST realizó algunos de los experimentos más tempranos en la tratamiento de la información del quantum y ha demostrado previamente muchos componentes básicos necesarios para calcular con los iones atrapados. La nueva investigación combina avances anteriores con dos soluciones cruciales a las vulnerabilidades previamente crónicas: enfriamiento de iones después de que el transporte así que sus propiedades frágiles del quantum se puedan utilizar para las operaciones de lógica subsiguientes, y salvar valores de datos en estados especiales de los iones que son resistentes a los cambios indeseados por campos magnéticos perdidos.

Como consecuencia, los investigadores del NIST ahora han demostrado en una pequeña escala todos los requisitos generalmente reconocidos para un procesador ión-basado en grande del quantum. Podrían realizar Previamente todos los procesos de siguiente algunos al mismo tiempo, pero ahora pueden realizar todos juntos y en varias ocasiones: (1) “inicializa” qubits al estado que comienza deseado (0 o 1), (2) los datos del qubit del almacén en iones, (3) realiza operaciones de lógica en uno o dos qubits, (4) información de la transferencia entre las ubicaciones diferentes en el procesador, y (5) leído el qubit resulta individualmente (0 o 1).

Con su uso de iones, el experimento del NIST muestra una configuración prometedora para un ordenador del quantum, una máquina potencialmente potente que podría resolver teóricamente algunos problemas que son actualmente insuperables, por ejemplo la fractura de códigos más ampliamente utilizados de hoy del cifrado. Confiando en las reglas inusuales del mundo submicroscópico del quantum, los qubits pueden actuar como 0s y 1s simultáneamente, a diferencia de los dígitos binarios digitales ordinarios, que llevan a cabo solamente un valor en un momento dado. Los ordenadores de Quantum también derivan su potencia del hecho de que los qubits pueden “ser enredados,” así que sus propiedades se conectan, incluso en una distancia. Los Iones son uno de varios diversos tipos de sistemas de quantum bajo investigación en todo el mundo para el uso como qubits en un ordenador del quantum. No hay acuerdo general en el cual el sistema resultará ser el mejor.

Los experimentos del NIST descritos en la Ciencia Expresa salvaron los qubits en dos iones del berilio sujetados en un desvío con seis zonas distintas. Los campos Eléctricos se utilizan para mover los iones a partir de una zona a otra en el desvío, y los pulsos ultravioletas del laser de frecuencias específicas y la duración se utilizan para manipular los estados de la energía de los iones. Los científicos demostrados relanzaron cartuchos de una serie de las operaciones de lógica (cuatro únicas-qubit operaciones y una operación del two-qubit) en los iones y encontraron que las tasas de error operativas no aumentaron mientras que progresaron en la serie, a pesar de transportar qubits a través de distancias macroscópicas (960 micrómetros, o casi de un milímetro) mientras que realizaban las operaciones.

Los investigadores del NIST aplicaron dos innovaciones dominantes al tramitación de la quantum-información. Primero, utilizaron dos iones del magnesio del socio como “refrigerantes” para enfriar los iones del berilio después de transportarlos, de tal modo permitiendo que las operaciones de lógica continúen sin ningún desvío adicional debido a la calefacción contraída durante transporte. Las fuerzas eléctricas fuertes entre los iones permitieron al magnesio laser-enfriado enfriar los iones del berilio, y de tal modo quitan el calor asociado a su movimiento, sin perturbar la información salvada del quantum. El nuevo experimento es el primer para aplicar este “enfriamiento comprensivo” con objeto de operaciones de lógica acertadas del two-qubit.

La otra innovación importante era el uso de tres diversos pares de estados de energía dentro de los iones del berilio de llevar a cabo la información durante diversas fases de tratamiento. Esta información permitida que se sujetará en los estados del ión que no fueron alterados por fluctuaciones del campo magnético durante almacenamiento y transporte del ión, eliminando otra fuente de los desvíos de tramitación. La Información fue transferida a diversos niveles de energía en los iones del berilio para realizar operaciones de lógica o leer sus valores de datos.

El experimento del NIST comenzó con dos qubits llevados a cabo en las zonas separadas del desvío del ión, así que podrían ser manipulados individualmente para inicializar sus estados, realizar únicas-qubit operaciones de lógica, y leer resulta. Los iones entonces fueron combinados en una única zona del desvío para una operación de lógica del two-qubit, y separados otra vez y transportados a diversas regiones del desvío para las únicas-qubit operaciones de lógica subsiguientes. Para evaluar la eficacia de los procesos, los científicos realizaron el experimento 3.150 veces para cada uno de 16 diversos estados que comenzaban. Los resultados experimentales para una y dos aplicaciones de la serie de operaciones entonces fueron comparados el uno al otro así como a un modelo teórico de resultados perfectos.

El procesador del quantum del NIST trabajó con una exactitud del 94 por ciento, hecha un promedio sobre todas las iteraciones del experimento. Además, la tasa de error era lo mismo para cada uno de dos repeticiones consecutivas de la serie lógica, demostrando que las operaciones están aisladas de los desvíos que se pudieron haber introducido por transporte de ión. La tasa de error del 6 por ciento no está todavía cerca del umbral del 0,01 por ciento determinado por los expertos para calcular de quantum avería-tolerante, notas Caseras. Reducir la tasa de error es un enfoque de la investigación actual del NIST. El Otro tema en el escalamiento encima de la tecnología para construir un ordenador práctico controlará los iones en matrices grandes, complejas de desvío-trabajo también que es perseguido en el grupo del NIST.

Hay también retos más mundanos: Los científicos del NIST realizaron con éxito cinco cartuchos de la lógica y de la serie del transporte (un total de 25 operaciones de lógica más 4 pasos de progresión de la preparación y del análisis), pero una tentativa de continuar a un sexto cartucho causó un crash el ordenador convencional usado para controlar los laseres y los iones del procesador del quantum. No Obstante, la nueva demostración mueve la tecnología del ión-desvío importante delantera en el camino a un procesador grande del quantum.

La investigación fue utilizada en parte por la Actividad Avance Inteligencia de los Proyectos de Investigación.

*J.P. Home, D. Hanneke, J.D. Jost, J.M. Amini, D. Leibfried y D.J. Wineland. 2009. Métodos Completos fijados para la tratamiento de la información escalable del quantum del desvío del ión. Ciencia Expresa. 6 de agosto en línea Asentado.

Last Update: 13. January 2012 19:48

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