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Etapa Para Computadores de Construção do Quantum

Published on August 6, 2009 at 8:06 PM

Aumentando sonda construindo um computador prático do quantum, físicos no National Institute of Standards and Technology (NIST) demonstraram operações de processamento da informação sustentada, segura em átomos electricamente cobrados (íons). A nova obra, descrita na introdução do 6 de agosto da Ciência Expressa, * supera obstáculos significativos na escamação acima da tecnologia da íon-caça com armadilhas das demonstrações pequenas aos processadores maiores do quantum.

Os físicos demonstrados sustentados, processamento do NIST de informação seguro do quantum na armadilha do íon no centro esquerdo desta fotografia, melhorando sondam construindo um computador prático do quantum. Os íons são prendidos dentro da régua escura (3.5mm longos e 200 micrômetros largos) entre as bolachas ouro-cobertas da alumina. Mudando as tensões aplicadas a cada um dos eléctrodos do ouro, os cientistas podem mover os íons entre as seis zonas da armadilha. Crédito: J. Jost/NIST

Na demonstração nova, os pesquisadores do NIST executaram repetidamente uma seqüência combinada de cinco operações de lógica do quantum e de dez operações de transporte ao confiantemente manter o 0s e o 1s dos dados binários armazenados nos íons, que servem como bits do quantum (qubits) para um computador hipotético do quantum, e ao reter a capacidade para manipular subseqüentemente esta informação. Previamente, os cientistas no NIST e em outra parte foram incapazes de persuadir toda a tecnologia do qubit em executar um grupo completo de operações de lógica do quantum ao transportar a informação, sem distúrbios que degradam os processos mais atrasados.

“O avanço significativo é que nós podemos se manter na computação, apesar do facto que nós estamos fazendo muito transporte do qubit,” diz a primeira autor HOME de Jonathan, um pesquisador cargo-doutoral do NIST.

O grupo do NIST executou algumas das experiências as mais adiantadas no processamento de informação do quantum e tem demonstrado previamente muitos componentes básicos necessários para computar com íons prendidos. A pesquisa nova combina avanços precedentes com as duas soluções cruciais às vulnerabilidades previamente crônicas: refrigerar dos íons depois que o transporte assim que suas propriedades frágeis do quantum podem ser usados para operações de lógica subseqüentes, e armazenando valores de dados em estados especiais de íons que são resistentes às alterações indesejáveis por campo magnèticos dispersos.

Em conseqüência, os pesquisadores do NIST têm demonstrado agora em uma pequena escala todas as exigências geralmente reconhecidas para um processador íon-baseado em grande escala do quantum. Previamente poderiam executar todos os processos de seguimento alguns de cada vez, mas agora podem executar todo junto e repetidamente: (1) “inicializam” qubits ao estado começando desejado (0 ou 1), (2) dados do qubit da loja nos íons, (3) execute operações de lógica em um ou dois qubits, (4) informação de transferência entre lugar diferentes no processador, e (5) leia para fora resultados do qubit individualmente (0 ou 1).

Com seu uso dos íons, a experiência do NIST apresenta uma arquitetura prometedora para um computador do quantum, uma máquina potencial poderosa que teòrica poderia resolver alguns problemas que são actualmente intratáveis, como a quebra de códigos os mais amplamente utilizados de hoje da cifragem. Confiando nas regras incomuns do mundo submicroscópico do quantum, os qubits podem actuar como 0s e 1s simultaneamente, ao contrário dos bits digitais ordinários, que guardaram somente um valor a um momento determinado. Os computadores do Quantum igualmente derivam sua potência do facto de que os qubits podem “ser complicados,” assim que suas propriedades são ligadas, mesmo em uma distância. Os Íons são um de um número de tipos diferentes de sistemas de quantum sob a investigação em todo o mundo para o uso como qubits em um computador do quantum. Não há nenhum acordo geral em que o sistema despejará ser o melhor.

As experiências do NIST descritas na Ciência Expressa armazenaram os qubits em dois íons do berílio realizados em uma armadilha com seis zonas distintas. Os campos Elétricos são usados para mover os íons de uma zona para outra na armadilha, e os pulsos ultravioletas do laser de freqüências específicas e a duração são usados para manipular os estados de energia dos íons. Os cientistas demonstrados repetiram círculos de uma seqüência de operações de lógica (quatro únicas-qubit operações e uma operação do two-qubit) nos íons e encontraram que as taxas de erro operacionais não aumentaram enquanto progrediram com a série, apesar de transportar qubits através das distâncias macroscópicas (960 micrômetros, ou quase de um milímetro) ao realizar as operações.

Os pesquisadores do NIST aplicaram duas inovações chaves ao processamento da quantum-informação. Primeiramente, usaram dois íons do magnésio do sócio como os “líquidos refrigerantes” refrigerando os íons do berílio após ter transportado os, permitindo desse modo que as operações de lógica continuem sem nenhum erro adicional devido ao aquecimento incorrido durante o transporte. As forças elétricas fortes entre os íons permitiram o magnésio laser-de refrigeração de refrigerar para baixo os íons do berílio, e removem desse modo o calor associado com seu movimento, sem perturbar a informação armazenada do quantum. A experiência nova é a primeira para aplicar este “refrigerar simpático” à vista das operações de lógica bem sucedidas do two-qubit.

A outra inovação significativa era o uso de três pares diferentes de estados de energia dentro dos íons do berílio guardarar a informação durante etapas de processamento diferentes. Esta informação permitida a ser realizada nos estados do íon que não foram alterados por flutuações do campo magnético durante o armazenamento e o transporte do íon, eliminando uma outra fonte de erros de processamento. A Informação foi transferida aos níveis de energia diferentes nos íons do berílio para executar operações de lógica ou ler para fora seus valores de dados.

A experiência do NIST começou com os dois qubits realizados em zonas separadas da armadilha do íon, assim que poderiam ser manipulados individualmente para inicializar seus estados, para executar únicas-qubit operações de lógica, e ler para fora resulta. Os íons foram combinados então em uma única zona da armadilha para uma operação de lógica do two-qubit, e separados outra vez e transportados às regiões diferentes da armadilha para únicas-qubit operações de lógica subseqüentes. Para avaliar a eficácia dos processos, os cientistas executaram a experiência 3.150 vezes para cada um de 16 estados começando diferentes. Os resultados experimentais para uma e dois aplicações da seqüência das operações foram comparados então entre si assim como a um modelo teórico de resultados perfeitos.

O processador do quantum do NIST trabalhou com uma precisão de 94 por cento, calculada a média sobre todas as iterações da experiência. Além, a taxa de erro era a mesma para cada um de duas repetições consecutivas da seqüência lógica, demonstrando que as operações estão isoladas dos erros que puderam ter sido introduzidos pelo transporte de íon. A taxa de erro de 6 por cento não é ainda perto do ponto inicial de 0,01 por cento identificado por peritos para a computação de quantum falha-tolerante, notas Home. Reduzir a taxa de erro é um foco da pesquisa actual do NIST. Outros tema na escamação acima da tecnologia para construir um computador prático estarão controlando íons em grandes, disposições complexas de armadilha-trabalho que está sendo levado a cabo igualmente no grupo do NIST.

Há igualmente uns desafios mais mundanos: Os cientistas do NIST executaram com sucesso cinco círculos da lógica e da seqüência do transporte (um total de 25 operações de lógica mais 4 etapas da preparação e da análise), mas uma tentativa de continuar a um sexto círculo causou um crash o computador convencional usado para controlar os lasers e os íons do processador do quantum. Todavia, a demonstração nova move a tecnologia da íon-armadilha significativamente dianteira no trajecto para um grande processador do quantum.

A pesquisa foi apoiada na parte pela Actividade Avançada Inteligência dos Projectos de Investigação.

*J.P. HOME, D. Hanneke, J.D. Jost, J.M. Amini, D. Leibfried e D.J. Wineland. 2009. Métodos Completos ajustados para o processamento de informação evolutivo do quantum da armadilha do íon. Ciência Expressa. O 6 de agosto em linha Afixado.

Last Update: 13. January 2012 19:44

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