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

Stap Naar de Bouw van QuantumComputers

Published on August 6, 2009 at 8:06 PM

Opheffend vooruitzichten voor de bouw van een praktische quantumcomputer, hebben de fysici bij het Nationale Instituut van Normen en de Technologie (NIST) aanhoudende, betrouwbare informatieverwerkingsverrichtingen op elektrisch geladen atomen (ionen) aangetoond. Het nieuwe die werk, in 6 Augustus Uitdrukkelijke kwestie van Wetenschap wordt beschreven, * overwint significante hindernissen in het verhogen van ionen-opsluit technologie van kleine demonstraties aan grotere quantumbewerkers.

De fysici NIST toonden aanhoudende, betrouwbare quantuminformatieverwerking in de ionenval op het linkercentrum van deze foto aan, die vooruitzichten voor de bouw van een praktische quantumcomputer verbetert. De ionen zijn opgesloten binnen de donkere spleet (3.5mm lang en 200 micrometers breed) tussen de gouden-behandelde alumina wafeltjes. Door de voltages te veranderen op elk van de gouden elektroden worden toegepast, kunnen de wetenschappers de ionen tussen de zes streken van de val bewegen die. Krediet: J. Jost/NIST

In de nieuwe demonstratie, voerden de onderzoekers NIST herhaaldelijk een gecombineerde opeenvolging van vijf quantumlogicaverrichtingen en tien vervoerverrichtingen terwijl uit betrouwbaar het handhaven van 0s en 1s van de binaire die gegevens in de ionen worden opgeslagen, die als quantumbits (qubits) voor een hypothetische quantumcomputer, en het behouden van de capaciteit deze informatie later om te manipuleren dienen. Eerder, hebben de wetenschappers bij NIST en elders om het even welke qubittechnologie in het uitvoeren van een volledige reeks quantumlogicahandelingen niet kunnen overhalen terwijl het vervoeren van informatie, zonder storingen die de recentere processen degraderen.

De „significante vooruitgang is dat wij bij de gegevensverwerking kunnen houden, ondanks het feit wij heel wat qubitvervoer doen,“ zegt het eerste Huis van auteursJonathan, een post-doctorale onderzoeker NIST.

De groep NIST voerde enkele vroegste experimenten bij de quantuminformatieverwerking uit en heeft eerder vele basiscomponenten nodig voor gegevensverwerking met opgesloten ionen aangetoond. Het nieuwe onderzoek combineert vorige vooruitgang met twee essentiële oplossingen aan eerder chronische kwetsbaarheid: het koelen van ionen na vervoer zodat hun breekbare quantumeigenschappen kan voor verdere logicaverrichtingen, en het opslaan van gegevenswaarden in speciale staten van ionen worden gebruikt die tegen ongewenste wijzigingen door verdwaalde magnetisch velden bestand zijn.

Dientengevolge, hebben de onderzoekers NIST nu op kleinschalig alle over het algemeen erkende eisen ten aanzien van een ionen-gebaseerde quantumbewerker op grote schaal aangetoond. Eerder konden zij alle volgende processen tegelijkertijd uitvoeren enkelen, maar nu kunnen zij allemaal samen en herhaaldelijk uitvoeren: (1) „initialiseer“ qubits aan de gewenste beginnende staat (0 of 1), (2) opslag qubit gegevens in ionen, individueel voert (3) logicahandelingen op één of twee qubits uit, (4) overdrachtinformatie tussen verschillende plaatsen in de bewerker, en (5) voorgelezen qubit resultaten (0 of 1).

Door zijn gebruik van ionen, demonstreert het experiment NIST één veelbelovende architectuur voor een quantumcomputer, een potentieel krachtige machine die theoretisch sommige problemen die momenteel hardnekkig kon oplossen zijn, zoals het breken van de wijdst gebruikte encryptiecodes van vandaag. Het Baseren zich op de ongebruikelijke regels van de submicroscopic quantumwereld, qubits kan als 0s en 1s, in tegenstelling tot gewone digitale bits gelijktijdig dienst doen, die slechts één waarde in om het even welke bepaalde tijd houden. De Quantum computers leiden ook hun macht uit het feit dat qubits af „kan worden verward,“ zodat zijn hun eigenschappen verbonden, zelfs bij een afstand. De Ionen zijn één in onderzoek van een aantal verschillende types van quantumsystemen rond de wereld voor gebruik als qubits in een quantumcomputer. Er is geen consensus waarop het systeem het beste zal blijken.

De experimenten NIST in Uitdrukkelijke Wetenschap worden sloegen qubits in twee die berylliumionen in een val met zes verschillende streken worden gehouden beschreven op die. De Elektrische velden worden gebruikt om de ionen van één streek tot een andere in de val te leiden, en de ultraviolette laserimpulsen van specifieke frequenties en duur worden gebruikt om de de energiestaten van de ionen te manipuleren. De aangetoonde wetenschappers herhaalden rondes van een opeenvolging van logicaverrichtingen (vier enig-qubit-uitgekozen verrichtingen en een verrichting twee -twee-qubit) op de ionen en vonden dat de operationele foutentarieven niet stegen aangezien zij door de reeks, ondanks het vervoeren qubits over macroscopische afstanden vorderden (960 micrometers, of bijna een millimeter) terwijl het uitvoeren van de verrichtingen.

De onderzoekers NIST pasten twee zeer belangrijke innovaties op quantum-informatieverwerking toe. Eerst, gebruikten zij twee ionen van het partnermagnesium als „koelmiddelen“ voor het koelen van de berylliumionen na het vervoeren van hen, daardoor toestaand logicaverrichtingen om zonder enige extra fout verder te gaan toe te schrijven aan verwarmen opgelopen tijdens vervoer. De sterke elektrische krachten tussen de ionen lieten het laser-gekoelde magnesium toe om de berylliumionen af te koelen, en daardoor hitte te verwijderen associeerden met hun motie, zonder de opgeslagen quantuminformatie te storen. Het nieuwe experiment is de eerste om dit „het sympathieke koelen“ als voorbereiding op succesvolle twee -twee-qubit logicaverrichtingen toe te passen.

De andere significante innovatie was het gebruik van drie verschillende paren energiestaten binnen de berylliumionen om informatie tijdens verschillende verwerkingsstappen te houden. Deze toegestane informatie om in ion worden gehouden verklaart dat niet door magnetisch veldschommelingen tijdens ionenopslag en vervoer werd veranderd, die een andere bron van verwerkingsfouten elimineren. De Informatie werd overgebracht naar verschillende energieniveaus in de berylliumionen voor het uitvoeren van logicahandelingen of het voorlezen van hun gegevenswaarden.

Het experiment NIST begon met twee die qubits in afzonderlijke streken van de ionenval wordt gehouden, zodat zouden zij kunnen worden gemanipuleerd individueel om hun staten te initialiseren, enig-qubit-uitgekozen logicahandelingen uit te voeren, en resultaten voor te lezen. De ionen werden toen gecombineerd in één enkele valstreek voor een twee -twee-qubit logicaverrichting, en opnieuw gescheiden en werden vervoerd aan verschillende val gebieden voor verdere enig-qubit-uitgekozen logicaverrichtingen. Om de doeltreffendheid van de processen te evalueren, voerden de wetenschappers het experiment 3.150 keer voor elk van 16 verschillende beginnende staten uit. De experimentele resultaten voor één en twee toepassingen van de opeenvolging van verrichtingen werden toen vergeleken aan elkaar evenals op een theoretisch model van perfecte resultaten.

De quantumbewerker NIST werkte met een nauwkeurigheid van 94 die percenten, over alle herhalingen van het experiment het gemiddelde van wordt genomen van. Bovendien was het foutentarief het zelfde voor elk van twee opeenvolgende herhalingen van de logische opeenvolging aantonen, die dat de verrichtingen van fouten geïsoleerd zijn die door ionenvervoer zouden kunnen geïntroduceerd. Het foutentarief van 6 percenten is nog niet bijna 0.01 die percentendrempel door deskundigen voor fout-verdraagzame quantum gegevensverwerking wordt geïdentificeerd, de nota's van het Huis. Het Verlagen van het foutentarief is een nadruk van huidig onderzoek NIST. Een Andere kwestie in het verhogen van de technologie zal om een praktische computer te bouwen ionen in grote controleren, complexe series van val-werk die ook in de groep NIST worden het nagestreefd.

Er zijn ook mondainere uitdagingen: De wetenschappers NIST voerden met succes vijf rondes van de logica en vervoeropeenvolging (een totaal van 25 logicaverrichtingen plus 4 voorbereiding en analysestappen) uit, maar een poging om aan een zesde ronde verder te gaan verpletterde de conventionele die computer wordt gebruikt om de lasers en de ionen van de quantumbewerker te controleren. Niettemin, de nieuwe de ionen-valtechnologie van demonstratiebewegingen beduidend vooruit op de weg aan een groot quantumbewerker.

Het onderzoek werd gesteund voor een deel door de Intelligentie Geavanceerde Activiteit van de Projecten van het Onderzoek.

*J.P. Home, D. Hanneke, J.D. Jost, J.M. Amini, D. Leibfried en D.J. Wineland. 2009. Volledige die methodes voor scalable ionenval quantuminformatieverwerking worden geplaatst. Uitdrukkelijke Wetenschap. Gepost online 6 Augustus.

Last Update: 13. January 2012 22:13

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