Pemancar Kuantum Kuantum Jambatan Kuantum Boleh Revolusi Pengkomputeran Kuantum

You Bet Your Life: Secret Word - Light / Clock / Smile (Mungkin 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Pemancar Kuantum Kuantum Jambatan Kuantum Boleh Revolusi Pengkomputeran Kuantum


Penyelidik di Makmal Kebangsaan Sandia, bersempena dengan Universiti Harvard, telah membangunkan satu kaedah untuk menyertai komputer kuantum bersama-sama pada skala atom. Apa maksudnya untuk komputer kuantum masa depan dan keupayaan mereka?

Komputer Kuantum Bergabung

Komputer kuantum telah diketengahkan dalam berita berita sensasi sehingga sering pengumuman tentang mereka menjadi basi. Walaupun komputer kuantum mempunyai potensi yang luar biasa untuk pengkomputeran masa depan, tidak mungkin mereka akan melihat kegunaan komersial selama satu dekad atau dua tahun.

Walau bagaimanapun, penyelidik di Makmal Kebangsaan Sandia yang bekerja dengan Universiti Harvard telah membangun dan membuktikan jambatan kuantum di mana dua alat pengiraan kuantum kecil boleh berkomunikasi antara satu sama lain pada skala atom.

Penjelasan Ringkas Pengkomputeran Kuantum

Dalam pengiraan klasik, data diwakili sama ada di luar (0) atau di (1) dalam unit binari yang disebut bit. Fakta ini membawa kepada penciptaan pintu-pintu logik yang memanipulasi bit ini untuk melaksanakan operasi dari fungsi-fungsi matematik hingga perbandingan bitwise. Contohnya, mikropengawal mungkin membandingkan dua pin input dan menghidupkan motor jika input adalah sama. Ini memerlukan pengawal untuk melakukan logik DAN pada input dan mengikat hasilnya kepada kawalan motor.

Walau bagaimanapun, komputer kuantum tidak menggunakan bit diskret untuk mewakili maklumat. Sebaliknya, komputer kuantum bergantung kepada sifat kuantum zarah (seperti elektron, foton, atau atom) untuk menyimpan qubit. Maklumat yang disimpan dalam qubit bergantung pada keadaan qubitnya yang diwakili sebagai rantau linier dengan kebarangkalian sama ada menjadi 0 atau 1. Lebih mudah memikirkan qubit sebagai mempunyai tiga keadaan:

  • 0 - Tidak
  • 1 - Pada
  • S - Superposition

Sphere Bloch digunakan untuk mewakili qubit. Gambar ihsan dari Glosser.ca (kerja sendiri) (CC BY-SA 3.0)

Satu isu dengan qubit ialah apabila mereka dibaca secara langsung, keadaan superposisi mereka hilang. Dalam erti kata lain, jika atom berada dalam keadaan superposaan n dan dibaca ia akan berubah sama ada dengan 1 atau 0.

Satu kaedah untuk membaca qubit ialah dengan mengeksploitasi kelainan kuantum di mana dua zarah dikaitkan dengan satu sama lain. Keadaan satu zarah bergantung kepada keadaan yang lain dan sebaliknya demikian, dengan membaca satu zarah, anda boleh menyimpulkan apa yang menyatakan zarah lain berada.

Pemancar dan Berlian Kuantum

Satu masalah dalam pengkomputeran kuantum mendapatkan dua peranti pengiraan kuantum berasingan untuk berinteraksi dan memindahkan data. Pengemulsi kuantum adalah atom yang "dipam" dengan foton yang merangsang elektron mereka. Akhirnya, elektron yang teruja kembali ke keadaan tenaga terdahulu dan mengeluarkan foton apabila mereka mengalami perubahan tenaga ini. Perubahan tenaga mewakili maklumat kuantum yang mengandungi emisi kuantum yang tidak mempengaruhi keadaan kuantum pemancar.

Jadi sekarang kita mempunyai qubit yang boleh menyimpan maklumat kuantum dan dibaca tanpa kehilangan keadaan kuantumnya. Isu seterusnya adalah bagaimana untuk mengarang dan mengawal qubit individu.

Penyelidik di Sandia bersempena dengan Harvard telah membangunkan kaedah mencipta qubit dengan cara yang tidak pernah dilihat sebelum mempamerkan sifat kuantum yang menarik.

Untuk qubit yang boleh dipercayai, ia tidak boleh dipengaruhi oleh pengaruh luaran seperti caj, medan, dan daya. Qubit juga mesti dapat mengekalkan superposisi kuantumnya apabila dibaca sehingga maklumat tidak hilang semasa operasi. Akhir sekali (dari perspektif perkilangan), penciptaan qubit patut dilakukan dalam keadaan terkawal (bukan bergantung pada peluang).

Baca Lebih Lanjut

  • Fizik Kuantum - Teori Solid Pepejal
  • IBM Memberi Akses Awan Awam ke Komputer Kuantum 5-Qubit Baru
  • Asas-asas Pengkomputeran Kuantum

Untuk menyelesaikan masalah ini, para penyelidik menggunakan rasuk ion-ion untuk menggantikan atom karbon dalam berlian dengan atom silikon individu. Apabila atom karbon dalam berlian digantikan dengan atom silikon tunggal, dua atom karbon jiran mula bergerak dari celah dan akhirnya meninggalkan. Jurang ini membolehkan silikon pada asasnya terapung seolah-olah ia berada dalam gas dan juga dipengaruhi oleh arus listrik yang tersesat berkat kekosongan jiran bukan konduktif. Oleh kerana silikon berada di bawah permukaan berlian, atom silikon disimpan dalam lokasi tertentu dan mudah diakses oleh foton luar.

Perwakilan lubang berlian memegang pemancar silikon. Gambar ihsan Sandia National Laboratories.

Keuntungan dari rasuk ion ialah biasanya pemancar kuantum (silikon dalam berlian) adalah dalam bentuk cacat rawak yang mesti dicari oleh saintis. Bukan sahaja emitter yang sukar dicari tapi tidak semua berfungsi seperti yang diharapkan. Kaedah rasuk ion menghasilkan ribuan bit kuantum yang boleh dipercayai yang semua menghasilkan peranti kerja.

Apabila atom silikon ini dipam dengan foton, foton yang dipancarkan dari atom silikon mengandungi maklumat kuantum dalam kekerapan, polarisasi dan keamatannya.

Masa Depan Komputer Kuantum

Para penyelidik di belakang pemancar silikon percaya bahawa komputer kuantum pada masa akan datang tidak akan terdiri daripada peranti kuantum yang besar tetapi banyak peranti kuantum mudah yang bekerja secara selari. Peranti sedemikian mungkin merupakan penyelesaian yang lebih baik untuk kenaikan arus permintaan tenaga dari komputer terutamanya ketika membuat komputer kuantum q-bit generik yang besar sukar.

Penggunaan parallelism ini tidak mengejutkan apabila mempertimbangkan pemproses moden. Pada masa lalu (Intel 4004 seterusnya), CPU menjadi lebih kuat kerana mereka mempunyai lebih banyak arahan dan keupayaan untuk mengira mereka lebih cepat daripada pendahulunya.

Tetapi sekarang, kelajuan prosesor telah merosot dan pada dasarnya tidak lagi meningkat (dengan had atas berhampiran 5GHz) namun pengiraan masih menjadi lebih kuat. Ini adalah terima kasih kepada penggunaan pemprosesan selari dalam komputer moden di mana pemproses yang berbeza mengendalikan tugas yang berbeza pada masa yang sama. Sekiranya komputer kuantum berbilang qubit besar terlalu sukar untuk dihasilkan pada skala dengan teknologi semasa, maka mencipta peranti yang lebih mudah tetapi menghubungkan banyak daripada mereka bersama-sama boleh menjadi alternatif yang lebih baik.

Sama ada, tidak ada keraguan bahawa pemancar kuantum ini boleh menjadi kunci kepada peranti pengiraan kuantum masa depan.