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Punto Verso la Costruzione dei Computer di Quantum

Published on August 6, 2009 at 8:06 PM

Sollevando indaga la costruzione del computer pratico di quantum, fisici al National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno dimostrato le operazioni continue e affidabili di elaborazione delle informazioni sugli atomi elettricamente fatti pagare (ioni). Il lavoro recente, descritto nell'emissione del 6 agosto di Scienza Precisa, * sormonta le transenne significative nel riportare in scala sulla tecnologia dell'ione-intrappolamento dalle piccole dimostrazioni ai più grandi esboscatori universali di quantum.

I fisici dimostrati continui, elaborazione delle informazioni affidabile del NIST di quantum nella trappola dello ione al centro sinistro di questa fotografia, migliorante indaga la costruzione del computer pratico di quantum. Gli ioni sono bloccati dentro la fessura scura (3.5mm lunghi e 200 micrometri ampi) fra dei i wafer coperti d'oro dell'allumina. Cambiando le tensioni applicate a ciascuno degli elettrodi dell'oro, gli scienziati possono muovere gli ioni fra le sei zone della trappola. Credito: J. Jost/NIST

Nella nuova dimostrazione, i ricercatori del NIST hanno eseguito ripetutamente una sequenza combinata delle cinque operazioni di logica di quantum e delle dieci operazioni di trasporto mentre attendibilmente mantenevano il 0s e il 1s dei dati binari memorizzati negli ioni, che serviscono da bit di quantum (qubits) per un computer ipotetico di quantum e conservando la capacità successivamente di manipolare questi informazioni. Precedentemente, gli scienziati al NIST ed altrove hanno non potuti persuadere tutta la tecnologia del qubit nel realizzare un insieme completo delle operazioni di logica di quantum mentre trasportano le informazioni, senza perturbazioni che degradano i trattamenti successivi.

“L'avanzamento significativo è che possiamo tenere sulla computazione, malgrado il fatto che stiamo facendo molto trasporto del qubit,„ dice la prima l'autore Casa Jonathan, un ricercatore post-dottorato del NIST.

Il gruppo del NIST ha eseguito alcuni degli esperimenti più iniziali su elaborazione delle informazioni di quantum e precedentemente ha dimostrato molte componenti di base state necessarie per la computazione con gli ioni intrappolati. La nuova ricerca combina gli avanzamenti precedenti con due soluzioni cruciali alle vulnerabilità precedentemente croniche: raffreddamento degli ioni dopo che il trasporto in modo dai loro beni fragili di quantum può essere usato per le operazioni di logica successive e memorizzare i valori di dati negli stati speciali degli ioni che sono resistenti alle alterazioni indesiderate dai campi magnetici smarriti.

Di conseguenza, i ricercatori del NIST ora hanno dimostrato su una piccola scala tutti i requisiti generalmente riconosciuti ad un di un esboscatore universale basato a ione su grande scala di quantum. Precedentemente potrebbero eseguire tutti trattamenti seguenti alcuni per volta, ma ora possono eseguire insieme e ripetutamente tutti: (1) “inizializzi„ i qubits allo stato iniziante desiderato (0 o 1), (2) dati del qubit della memoria in ioni, (3) realizza le operazioni di logica su uno o due qubits, (4) informazioni di trasferimento fra le posizioni differenti nell'esboscatore universale e (5) ha letto fuori il qubit risulta determinato (0 o 1).

Con il suo uso degli ioni, l'esperimento del NIST montra l'un'architettura di promessa per un computer di quantum, un commputer potenzialmente potente che potrebbe risolvere teoricamente alcuni problemi che sono corrente intrattabili, come rottura dei codici odierni della crittografia più ampiamente usati. Contando sulle norme insolite del mondo submicroscopico di quantum, i qubits possono fungere simultaneamente da 0s e 1s, a differenza dei bit digitali ordinari, che tengono il soltanto un valore in qualunque momento. I computer di Quantum egualmente derivano la loro potenza dal fatto che i qubits possono “essere impigliati,„ in modo dai loro beni sono collegati, anche ad una distanza. Gli Ioni sono uno di una serie di tipi differenti di sistemi di quantum in esame intorno al mondo per uso come qubits in un computer di quantum. Non c'è accordo generale su cui il sistema risulterà essere il meglio.

Gli esperimenti del NIST descritti nella Scienza Precisa hanno memorizzato i qubits in due ioni del berillio tenuti in una trappola con sei zone distinte. I campi elettrici sono usati per muovere gli ioni da una zona verso un altro nella trappola e gli impulsi ultravioletti del laser delle frequenze specifiche e la durata sono usati per manipolare gli stati di energia degli ioni. Gli scienziati dimostrati hanno ripetuto i giri di una sequenza delle operazioni di logica (quattro operazioni uniche-qubit e un'operazione del two-qubit) sugli ioni ed hanno trovato che le tariffe di errore operative non sono aumentato mentre hanno progredito con la serie, malgrado il trasporto dei qubits attraverso le distanze macroscopiche (960 micrometri, o quasi un millimetro) mentre effettuavano le operazioni.

I ricercatori del NIST hanno applicato due innovazioni chiave a trattamento di quantum-informazioni. In Primo Luogo, hanno usato due ioni del magnesio del partner come “refrigeranti„ per il raffreddamento degli ioni del berillio dopo il trasporto loro, quindi permettenti che le operazioni di logica continuino senza alcun errore supplementare dovuto il riscaldamento incontrato durante il trasporto. Le forti forze elettriche fra gli ioni hanno permesso al magnesio laser-raffreddato di raffreddare gli ioni del berillio e quindi rimuovono il calore connesso con il loro moto, senza disturbare le informazioni memorizzate di quantum. Il nuovo esperimento è il primo per applicare questo “raffreddamento comprensivo„ in preparazione delle operazioni di logica riuscite del two-qubit.

L'altra innovazione significativa era l'uso di tre paia differenti degli stati di energia all'interno degli ioni del berillio tenere le informazioni durante le fasi di lavorazione differenti. Questi informazioni permesse da tenere negli stati dello ione che non sono stati alterati dalle fluttuazioni del campo magnetico durante conservazione ed il trasporto dello ione, eliminanti un'altra sorgente degli errori di trattamento. Le Informazioni sono state trasferite ai livelli energetici differenti negli ioni del berillio per realizzare le operazioni di logica o la lettura fuori dei loro valori di dati.

L'esperimento del NIST ha cominciato con due qubits tenuti nelle zone separate della trappola dello ione, in modo da potrebbero essere manipolati determinato per inizializzare i loro stati, realizzare le operazioni di logica uniche-qubit e leggere fuori risulta. Gli ioni poi si sono combinati in una singola zona della trappola per un'operazione di logica del two-qubit e di nuovo sono stati separati e trasportato stati alle regioni differenti della trappola per le operazioni di logica uniche-qubit successive. Per valutare l'efficacia dei trattamenti, gli scienziati hanno eseguito l'esperimento 3.150 volte per ciascuno di 16 stati comincianti differenti. I risultati sperimentali per le un'e due applicazioni della sequenza delle operazioni poi sono stati confrontati l'un l'altro come pure ad un modello teorico dei risultati perfetti.

L'esboscatore universale di quantum del NIST ha funzionato con un'accuratezza di 94 per cento, fatta la media sopra tutte le ripetizioni dell'esperimento. Inoltre, la tariffa di errore era la stessa per ciascuna di due ripetizioni consecutive della sequenza logica, dimostranti che le operazioni sono isolate dagli errori che potrebbero essere introdotti tramite il trasporto di ione. La tariffa di errore di 6 per cento non è ancora vicino ad una soglia di 0,01 per cento identificata dagli esperti per la computazione di quantum errore-tollerante, note Domestiche. La Diminuzione della tariffa di errore è un fuoco della ricerca corrente del NIST. L'Un'altra questione nel riportare in scala sulla tecnologia per costruire un computer pratico gestirà gli ioni nelle grandi, schiere di trappola-lavoro complesse anche che è perseguito nel gruppo del NIST.

Ci sono egualmente più sfide terrene: Gli scienziati del NIST hanno eseguito con successo cinque giri della logica e della sequenza del trasporto (complessivamente 25 operazioni di logica più 4 punti di analisi e del preparato), ma un tentativo di continuare ad un sesto giro ha schiantato il computer convenzionale utilizzato per gestire i laser e gli ioni dell'esboscatore universale di quantum. Ciò Nonostante, la nuova dimostrazione muove la tecnologia della ione-trappola significativamente di andata sul percorso verso un grande esboscatore universale di quantum.

La ricerca è stata supportata in parte dall'Attività Avanzata Intelligenza di Progetti Di Ricerca.

*J.P. Home, D. Hanneke, J.D. Jost, J.M. Amini, D. Leibfried e D.J. Wineland. 2009. Metodi Completi fissati per elaborazione delle informazioni evolutiva di quantum della trappola dello ione. Scienza Precisa. 6 agosto online Inviato.

Last Update: 13. January 2012 21:38

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