39 Minuten: Quantum Bits Speichern von Daten für Rekordzeit

Der Wunschtraum der schnelle Quantencomputer kann ein bisschen näher an der Realität sein.

Zum ersten Mal haben die Physiker ein Quantenbit Informationen an seine überlagerten Zustand zu halten, in dem Quantenbits wie eine 1 und 0 gleichzeitig 39 Minuten bei Raumtemperatur mindestens 10-mal länger als zuvor gemeldet bleiben überredet.

Die neue Errungenschaft, beschrieben (14 November) heute in der Fachzeitschrift Science, entfernt ein großes Hindernis für einem brauchbare Quantencomputer zu machen kann von Lärm und andere potenzielle Fehler wiederherstellen.

Quantencomputer

In einem herkömmlichen Computer werden Informationen als Bits von Informationen gespeichert, die 1 s oder 0 s sind. Aber durch die Nutzung der Quantenmechanik, die seltsame Gesetze, die die sehr kleinen Wissenschaftler Regeln können ein Bit an Information in mehreren Staaten gleichzeitig erstellen – im Wesentlichen ein Bit, das eine 1 und eine 0 oder sogar viele 1 s und 0 s zugleich ist. Dann verwendet werden können für viele Berechnungen auf einmal ermöglicht Computern, big-Data-Probleme zu lösen, die zuvor hoffnungslos unlösbar, sagte Co-Studienautor schien Stephanie Simmons, ein Quantenphysiker an der University of Oxford. [Verdreht Physik: 7 mind-blowing Ergebnisse]

"Quantenbits unterstützen eine exponentielle Menge an Informationen, so dass dies zu einer exponentiellen Beschleunigung in Rechenzeit führen kann," sagte Simmons LiveScience.

Aber Quantencomputer auch Fehlerkorrektur schwieriger. In der Regel kompensieren Computer für die gelegentliche falsche Information durch Redundanz zu schaffen. Wenn drei oder fünf oder sieben Bits sind die gleichen Daten zu speichern, dann ist es leicht zu nehmen der Mehrheit der Stimmen, die richtige, die meiste Zeit zu beantworten.

Aber es ist unmöglich zu kopieren, die Staaten Quantenbits, also einmal ein bisschen zerfällt, dass Informationen verloren gehen. Eine Lösung soll Bits zu erstellen, die eine längere Zeit dauern und kann weitere Berechnungen vor verfallen.

Langlebige bits

Zu diesem Zweck nahm Simmons, zusammen mit Kollegen an der Simon Fraser University in Kanada, eine kleine Scheibe aus Silizium, die geringe Mengen von Elementen wie Phosphor enthalten. Sie verschlüsselt Informationen in der Spin – im Wesentlichen die magnetische Ausrichtung — Phosphor-Kerne, die in einer bis sein kann, nach unten oder dazwischen Ausrichtung.

Das Team gekühlt dann das System auf nur 4 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt oder minus 269 C (abzüglich 452 Grad Fahrenheit). Sie verwendet dann magnetische Impulse die Überlagerung von magnetischen Spins in den Phosphor-Kernen, was bedeutet, dass die Kerne in mehrere Staaten gleichzeitig erstellen. [Verrückte Physik: die coolsten Quantenteilchen erklärt]

Bei den coolsten Temperaturen beibehalten rund 37 Prozent der Phosphor-Ionen ihre Spin-Zustand für mehr als drei Stunden. Wenn das Team bis zur Raumtemperatur hochgefahren, wurden die Quantenzustände 39 Minuten konserviert.

Es braucht nur 100 Tausendstel einer Sekunde eine Berechnung zu tun, durch umlegen den Spin eines Phosphor-Kerns. So sagte ein Quantenbit 2 Millionen Operationen vor der System-Zerfälle um 1 Prozent durchführen könnte, Simmons. (Physiker berichten diese Woche in der Zeitschrift Natur fand eine Möglichkeit, Qubits in ihren überlagerten Zustand für 10 Minuten bei extrem kalten Temperaturen bleiben erhalten, mit der magnetischen Eigenschaften von Seltenerd-Element genannt Holmium und die Symmetrie des Platin).

In der Theorie bedeutet die neue Fortschritt, dass Quanten-computing nicht nur für Berechnungen wie ein Textverarbeitungsprogramm, sondern auch zum Speichern von Daten verwendet werden könnten. Und im Gegensatz zu anderen Systemen, die Materialien das Team verwendete bereits weitgehend in traditionellen Computern verwendet werden.

"Das schöne an Silizium ist, dass es eine riesige Industrie, die gesetzt worden ist Silizium-Systeme bis hin zu qualitativ hochwertigen zusammen bringen" Simmons sagte.

Langen Weg zu gehen

Die Ergebnisse sind wirklich spannend, sagte Scott Aaronson, Informatiker am Massachusetts Institute of Technology, der nicht in der Forschung beteiligt war, in einer e-Mail.

"Die beste Raumtemperatur Kohärenz Zeiten, denen ich zitierte vor gesehen hatte, waren weniger als eine Minute," sagte Aaronson. (Zeit Kohärenz bezieht sich auf der Höhe der Zeit bleiben die Kerne übereinanderliegenden.)

Dennoch gibt es einige Hürden überwunden werden, bevor Laptops von Quanten-Computern ersetzt werden – nämlich herauszufinden, wie individuell jedes Quantenbit anzusprechen, und sie kommunizieren miteinander für Berechnungen, ohne zu verderben die lange Lebensdauer, sagte Aram Egge, ein Informatiker auch am MIT, wer war auch nicht an der Studie beteiligt.

Folgen Sie Tia Ghose auf Twitter und Google + . Folgen Sie LiveScience @livescience , Facebook & Google + .