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Quantum のコンピュータの構築の方のステップ

Published on August 6, 2009 at 8:06 PM

上がって実用的な量のコンピュータ、国立標準技術研究所 (NIST) の物理学者を構築するために示しました電気で満たされた原子 (イオン) の支えられた、信頼できる情報処理操作を探鉱します。 明白な科学の 8 月 6 日問題で記述されている新規工事 * 小さいデモンストレーションの上の位取りの重要なハードルをからのより大きい量プロセッサにイオン装飾の技術克服します。

、情報処理信頼できる量はイオントラップで改良するこの写真の左の中心で支えられる示される NIST の物理学者実用的な量のコンピュータを構築するために探鉱します。 イオンは金で覆われたアルミナのウエファー間の暗いスリット (長い 3.5mm および幅 200 マイクロメートル) の中で引っ掛かります。 金の電極のそれぞれに適用される電圧の変更によって科学者はトラップの 6 つのゾーンの間でイオンを移動できます。 信用: J. Jost/NIST

新しいデモンストレーションでは、 NIST の研究者は繰り返し 5 つの量の論理演算および 10 の輸送操作の結合されたシーケンスを確実に仮説的な量のコンピュータのための量ビット (qubits) として役立つ、維持して間続いてこの情報を処理する機能を行いまイオンで保存されたバイナリーデータの 0s そして 1s を保ちます。 以前は、 NIST の科学者は他の所で情報を、より遅いプロセスを低下させる妨害なしで運んでいる間量の論理演算の完全セットの実行に qubit の技術をなだめすかしてなく。

「重要な前進私達が計算し続けてもいいことです私達が多くの qubit の輸送をしている事実にもかかわらず」、は著者ジョナサン最初ホーム、 NIST のポストドクターを言います。

NIST のグループは情報処理量の最も早い実験のいくつかを行い、前に引っ掛けられたイオンとの計算のために必要とされた多くの基本的なコンポーネントを示してしまいました。 新しい研究は前に慢性の脆弱性に 2 つの重大な解決と前の前進を結合します: 輸送従って壊れやすい量の特性がそれに続く論理演算に使用することができた後イオンの冷却し外部磁場によって不必要な変化に対して抵抗力があるイオンの特別な状態でデータ値を保存すること。

その結果、 NIST の研究者は小規模で今大規模なイオンベースの量プロセッサのためのすべての一般に認識された条件を示してしまいました。 以前は彼らは次のプロセス少数すべてを一度に行うことができます今すべてを一緒にそして繰り返し行ってもいいです: (1) は qubits を 「望ましい開始の州に初期設定します」 (0 か 1) は、 (2) イオンの記憶装置の qubit データ、 (3) 1-2 の qubits の論理演算を、 (4) 異なる位置の間の転送情報行いプロセッサで、 (5) 読まれた qubit はそれぞれ生じます (0 か 1)。

イオンの使用によって、 NIST の実験は量のコンピュータ、論理上現在扱いにくい今日の最も広く利用された暗号化コードの破損のようなある問題を解決できる可能性としては強力な機械のための 1 有望なアーキテクチャを展示します。 submicroscopic 量の世界の珍しい規則に頼って、 qubits は 1 つの値だけいつでも保持する通常のデジタルビットとは違って 0s および 1s として、同時に機能できます。 Quantum のコンピュータはまた qubits が 「紛糾させることができるという事実から力を得ます」従って特性は間隔で、リンクされます。 イオンはいくつかの異なったタイプの量のコンピュータの qubits として使用のための世界中で調査中の量システムの 1 つです。 システムがベストであることをなる一般協定がありません。

明白な科学で記述されている NIST の実験は 6 つの個別のゾーンのトラップで保持された 2 つのベリリウムイオンで qubits を保存しました。 電界が 1 つのゾーンからトラップの別のものにイオンを移動するのに使用されイオンのエネルギー州を処理するのに特定の頻度の紫外レーザーのパルスがおよび持続期間は使用されています。 示された科学者はマクロスコピック間隔 (960 マイクロメートル、またはほとんどミリメートル) を渡る qubits の輸送にもかかわらずシリーズによって、操作を遂行している間進歩したと同時にイオンの論理演算 (4 つの単一qubit 操作および two-qubit 操作) のシーケンスの円形を繰り返し、操作上の誤り率が増加しなかったことが分りました。

NIST の研究者は量情報処理に 2 つの主革新を加えました。 最初に、彼らはベリリウムイオンを冷却するために輸送の間に負われた熱することによる追加エラーなしで続くようにそれにより論理演算がする 「冷却剤」としてそれらを運んだ後 2 つのパートナーのマグネシウムイオンを、使用しました。 イオン間の強い電気力はレーザー冷却されたマグネシウムがベリリウムイオンを冷却することを可能にしそれにより保存された量情報を妨げないで動きと、関連付けられた熱を取除きます。 新しい実験は正常な two-qubit の論理演算の準備でこの 「共鳴した冷却を」適用する第 1 です。

他の重要な革新は異なった処理ステップの間に情報を保持するベリリウムイオン内のエネルギー州の 3 つのペアの使用でした。 イオン記憶および輸送の間に磁界の変動によって変わらなかったプロセスエラーの別のソースを除去するイオン状態で保持されるべきこの許可された情報。 情報は論理演算を行うか、またはデータ値を読むためのベリリウムイオンの異なったエネルギー準位に転送されました。

NIST の実験はイオントラップの別のゾーンで保持された 2 つの qubits から始まりました状態を、単一qubit の論理演算を行うために初期設定するために従ってそれらはそれぞれ処理でき、読むことは生じます。 イオンはそれに続く単一qubit の論理演算のための異なったトラップ領域に two-qubit の論理演算のための単一のトラップのゾーンでそれから結合され、再度分かれて、そして運ばれました。 プロセスの有効性を評価するためには、科学者は 3,150 回実験を 16 の開始の州のそれぞれのための行いました。 操作のシーケンスの 1 つそして 2 つのアプリケーションのための実験結果は互いに、また完全な結果の理論モデルとそれから比較されました。

NIST の量プロセッサは実験のすべての繰り返しに平均された 94% の正確さを使用しました。 さらに、誤り率は操作がイオン輸送によってもたらされるかもしれないエラーから絶縁されることを示す論理的順序の 2 つの連続した繰り返しのそれぞれのための同じでした。 6% の誤り率は耐障害性の量子計算のための専門家、ホームノートが識別する 0.01% しきい値の近くにまだありませんです。 誤り率を減らすことは現在の NIST の研究の焦点です。 実用的なコンピュータを構築する技術の上の位取りの別の問題はまた NIST のグループで追求されるトラップワークの大きく、複雑なアレイのイオンを制御します。

またより世俗的な挑戦があります: NIST の科学者は正常に論理および輸送シーケンス (4 つの準備および分析のステップと 25 の論理演算の合計) の 5 つの円形を行いましたが、第 6 円形に続く試みは量プロセッサのレーザーそしてイオンを制御するのに使用された慣習的なコンピュータをクラッシュしました。 それにもかかわらず、新しいデモンストレーションは大きい量プロセッサに経路で前方イオントラップの技術をかなり移動します。

研究は知性によって進められた研究計画の作業によって一部にはサポートされました。

*J.P. Home、 D. Hanneke、 J.D. Jost、 J.M. Amini、 D. Leibfried および D.J. Wineland。 2009 年。 スケーラブルイオントラップの量のためにセットされる情報処理完全な方法。 明白な科学。 掲示されたオンライン 8 月 6. 日。

Last Update: 13. January 2012 18:13

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